2021年07月23日，客服中心反馈安徽某大学的模拟需求，接到反馈后，材料检测实验室工程师第一时间与客户进行详细沟通，情况如下：

客户背景

客户实验结果是煤焦沥青掺杂一定量的石墨烯（0.1%~10%）经过高温碳化后得到的材料，经过一系列的处理后做成的电热涂料，对比单纯的沥青高温碳化后的样品和掺杂了石墨烯后高温碳化的沥青发现，加入石墨烯的样品电热性能明显提高。

样品名称

煤焦沥青

客户需求

预期的模拟计算结果：

1.沥青掺入了1%G石墨烯制备出来的样品导电性能最好，碳材料形貌重排，缺陷减少，碳层排列更规则。

2.沥青掺入了1%G石墨烯制备出来的样品载流子浓度高，载流子迁移率高，体积电阻率小。

解决方案

具体模拟过程细化为如下环节：

1.通过分子动力学(MD)研究沥青结构构型变化，并建立评价指标，用以定量描述规整程度。

首先建立初始模型，在盒子中心放置x、y维度具有周期性边界的石墨烯，剩余空间以沥青结构进行填充，至目标密度0.76g/cm3，作为初始构型1。初始构型2在构型1的基础上移除石墨烯。此建模方式参照提供的文献，并进行了调整以适配该模拟体系。每种初始构构象选取10种，选取能量最低的模型做为初始构象。对初始构型进行退火循环充分豫驰，而后进行平衡的MD计算。最后由自己编写的perl脚本实现苯环方向的收集，并依据文献计算其取向函数(HOF)，评价其排列的规整程度。

2.密度泛函计算(DFT)分析态密度与能带结构及带隙

一般来说，材料导电特性通常计算其态密度与能带能隙来确定。载流子质量、浓度、迁移率将由上述参数计算。该过程需要客户另外提供文献中应用MS对其计算的相关文献。我方以实现其模拟过程的复现。目前客户并未提供相关材料，暂且只对该部分完成其态密度与能带结构及带隙的计算。最终结果反馈为态密度图、DOS/LDOS图、能带结构与带隙图。

如需进一步计算载流子迁移率及电导率，请提供相关文献及必要参数，否则计算精度难以保证。

详细计算方案入下：

首先，采用碳化后的两个煤焦沥青分子中间掺入一个小片石墨烯作为初始模型1，同样，初始模型2去除石墨烯。对分子几何优化后，进行能量的计算，并对所得能量进行分析计算后所得数据在origin里进行绘制得到其态密度与带隙。

客户反馈

客户对结果非常满意，模拟结果与客户预期相吻合。Material Studio 软件Forcite模块 进行步长0.9fs总时长1000ps的分子动力学模拟，结果表明取向因子由0.153变为0.848，由无明显取向变为平行于石墨烯，这表明了碳材料形貌重排，缺陷减少，碳层排列更规则。三条线为s轨道，p轨道，与总的态密度(DOS)，就结果来说能隙从0.152到0.054eV导电性能变好了。