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标题: 求助：聚合物熔体NPT收缩出现空腔 [打印本页]

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Author: dayu8278 时间: 4 hour ago
标题: 求助：聚合物熔体NPT收缩出现空腔
本帖最后由 dayu8278 于 2026-2-27 09:37 编辑

各位老师、同学好：

我在使用 LAMMPS 模拟线性高分子熔体的组装过程时遇到了瓶颈。目前在 NPT 平衡阶段，体系内部出现了明显的空腔（物理意义上的真空泡），这与粗粒化模拟的经验不符。

具体情况如下：

体系构建：
- 模型： 100 条线性高分子链，采用 OPLS-AA 全原子力场。高分子结构如下所示
- 初始状态： 随机置于 200A˚ 的立方盒子内，使用 pair_style soft 缓慢推开重叠原子，避免能量发散。通过soft后，100分子链均匀分布在盒子中。

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模拟流程：
- NVT 预松弛： 在 800K 下运行 500,000 steps。
- NPT 压缩平衡： 设置目标压力为 1atm（或常压），运行 6,000,000 steps。
存在问题：随着 NPT 运行，体系虽然在收缩，但内部出现了明显的空腔（如下图所示）。

疑惑点：此前在粗粒化（CG）模拟中从未遇到此类情况。全原子体系下出现空腔，是由于 **NPT 压力控制参数（P-damp）不当、初始密度过低导致的亚稳态，还是力场截断半径（cutoff）**或长程相互作用设置的问题？

恳请有经验的学长或老师指点迷津，非常感谢！

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模拟脚本如下：
##################################################################
# ----------- VARIABLES -----------------
variable    T_START equal 500
variable    T_HIGH  equal 800
variable    P    equal 1.0

units       real
boundary    p p p

# ----------- FORCE FIELD SETUP ----------------
atom_style full

bond_style harmonic
angle_style  harmonic
dihedral_style opls
improper_style cvff

pair_style lj/cut/coul/long 12.0
special_bonds lj 0.0 0.0 0.5 coul 0.0 0.0 0.8333

kspace_style pppm 1.0e-4
pair_modify  mix arithmetic

# ----------- READ SYSTEM ----------------
read_data    ../../02_Soft/lammps_C1-OPLSL/pushed_off_100chains.data nocoeff
include       ../../Init_Conf/lammps_C1-OPLSL/forcefield.params

# ----------- NEIGHBOR -------------------
neighbor    2.0 bin
neigh_modify delay 0 every 1 check yes

# ----------- 1. 能量最小化 ----------------
thermo    1000
thermo_style custom step temp press density etotal ke pe evdwl ecoul elong emol

print       "--- Phase 1: Neutral Minimization ---"
min_style cg
minimize    1.0e-6 1.0e-8 5000 50000

# ----------- 2. 速度初始化 & 热身 ----------------
print       "--- Phase 2: Dynamics Warmup ---"
reset_timestep 0

# 【安全建议】高温退火必须使用 0.5 fs 步长，防止键断裂
timestep    0.5

velocity    all create ${T_START} 4928459 dist gaussian mom yes rot yes

# NVT 预热 (让链动起来)
fix       nvt_heat all nvt temp ${T_START} ${T_START} 100.0 drag 0.2
run       500000
unfix       nvt_heat

# ----------- 3. 退火流程 (Annealing Process) ----------------
print       "--- Phase 3: Annealing (Eliminating Voids) ---"
dump       traj all custom 20000 anneal_neutral.lammpstrj id mol type x y z
dump_modify  traj sort id

# [3.1] 升温阶段：500K -> 800K
# 给予分子链巨大的动能来冲破缠结
print       "--- 3.1 Heating: 500K to 800K ---"
fix       npt_heat all npt temp ${T_START} ${T_HIGH} 100 iso ${P} ${P} 1000 drag 1.0
run       1000000  # 500 ps 升温
unfix       npt_heat

# [3.2] 高温保持：在 800K 持续振荡
# 这是消除空洞、形成 Melt 的核心阶段
print       "--- 3.2 Holding: 800K Melt Relaxation ---"
fix       npt_hold all npt temp ${T_HIGH} ${T_HIGH} 100 iso ${P} ${P} 1000 drag 1.0
run       2000000  # 1 ns 保持
unfix       npt_hold

# [3.3] 降温阶段：800K -> 500K
# 缓慢收缩盒子，让密度平稳回到正常值
print       "--- 3.3 Cooling: 800K to 500K ---"
fix       npt_cool all npt temp ${T_HIGH} ${T_START} 100 iso ${P} ${P} 1000 drag 1.0
run       2000000  # 1 ns 降温
unfix       npt_cool

# ----------- 4. 最终常温弛豫 ----------------
print       "--- Phase 4: Final 500K Equilibration ---"
fix       npt_final all npt temp ${T_START} ${T_START} 100 iso ${P} ${P} 1000 drag 1.0
run       1000000  # 500 ps 稳定
unfix       npt_final

# ----------- FINAL OUTPUT ----------------
undump    traj
write_data Annealed_Melt.data

print       "ANNEALING DONE"

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