前言
在材料科學領域的研究中，玻璃化轉變溫度（Glass Transition Temperature，Tg）是一項重要的研究性質，其指示了非晶態高分子材料從玻璃態轉變高彈態的臨界溫度，是高分子運動形式轉變的宏觀體現，因而直接影響到材料的使用性能和工藝性能。玻璃化轉變溫度在實際應用中的意義在於評估材料在高溫環境中的穩定性和加工性能、確定材料在特定溫度下的物理和力學性質，以及根據所需的工作溫度和性能要求選擇適當的材料等。
目前，分子模擬是計算高分子材料玻璃化轉變溫度的常用方法之一。相比基於實驗的傳統方法，分子模擬方法成本低、效率高，無需進行實驗設計、樣品製備和實驗操作，即可在相對較短的時間內得到結果。
本文以文獻《Numerical Simulation on the Penetration of Gas Molecules in Poly(Chloro-p-Xylylene)》為例，該案例藉助分子模擬方法計算並分析了典型熱塑性塑料聚合物帕利靈C（Parylene C）的多項性質，並通過計算和驗證玻璃化轉變溫度的方式說明了聚合物分子模型的合理性。將使用MaxFlow平台復現案例中的玻璃化轉變溫度計算過程並進行結果對比，展示拉斯维加斯9888科技MaxFlow人工智能與分子模擬平台的部分操作流程，體現平台的可靠性與優勢。
1.模型構建
針對分子結構模型的建模階段，拉斯维加斯9888科技MaXFlow人工智能與分子模擬平台提供了簡明易懂的可視化建模界面，其功能包括涵蓋所有元素的結構構建、晶體構建、表面界面構建、聚合物構建等，可以滿足不同的建模需要。根據帕利靈C的分子式可輕易構建其單體分子再由聚合物構建功能構建長鏈結構。
帕利靈C的分子式與構建的單體分子結構
參考文獻中的建模細節，基於單體分子結構構建帕利靈C的聚合物鏈並初步優化。
初步優化後帕利靈C的分子鏈結構
2.模擬流程
MaXFlow平台的一大核心特點是其自主研發的工作流引擎。平台通過將各種模擬算法封裝為可連接的組件，用戶可根據模擬需求連接不同功能的組件，以形成可自動完成多步驟計算任務的工作流。目前平台封裝已封裝的組件涵蓋全面的分子動力學模擬功能，可完全滿足本案例的模擬細節。依據本案例的具體模擬細節，拉斯维加斯9888連接了可自動計算帕利靈C玻璃化轉變溫度的工作流。
計算玻璃化轉變溫度的工作流
其中，「讀取結構文件」組件可與結構庫對接，快速調用前文中構建的帕利靈C分子鏈結構。
「構建無序結構」則能夠按照自定義的盒子類型、結構組成成分數目、體系密度等參數自動構建包含一定數量的帕利靈C分子鏈的無定形立方盒子。
帕利靈C的無序結構模型
在分子動力學模擬中，力場是一種用於描述和計算分子間相互作用的數學模型，它定義了系統中分子之間的勢能函數，以及由此而產生的力和能量。「力場分配」組件整合了包括Team、Amber、Reax等在內的多種力場，用戶可根據研究需要自行設置。本案例使用的是MaXFlow與上海交通大學孫淮教授聯合開發的Team通用力場，該力場是一系列由相同的第一原理計算和經驗數據參數化的具有不同函數形式的全原子分子力場的集合，能夠滿足用戶大部分模擬需求。
為了得到合理的初始結構，使系統趨於平衡，能量最小化和弛豫是分子動力學模擬中不可或缺的步驟，對此，MaXFlow平台封裝了相應的功能組件。根據案例，拉斯维加斯9888以結構優化——等溫等容（NVT）動力學模擬——循環退火模擬——等溫等壓（NPT）動力學模擬的順序得到設定溫度下穩定的帕利靈C結構。
最後，將MaXFlow平台中的玻璃化轉變溫度組件連接至弛豫組件之後，並連接熱力學性能組件以監控模擬過程中體系是否穩定。至此，計算帕利靈C玻璃化轉變溫度的準備工作就全部完成。
3.結果對比
高分子聚合物在其玻璃化轉變溫度前後會發生體積的突變，因此玻璃化轉變溫度在數值上等於材料密度隨溫度變化速率發生改變時的溫度。通常，分子動力學模擬中採用的方法是設定溫度範圍以及需考察的溫度點，在每個考察溫度點對材料結構進行弛豫平衡後獲取該溫度點下材料的密度值，玻璃化轉變溫度由所得密度隨溫度變化數據線性擬合後的交點所得。以上計算流程與數據輸出皆由MaXFlow平台封裝在「玻璃化轉變溫度」組件中。
在取得玻璃化轉變溫度結果之前，為保證體系平衡，右鍵點擊「熱力學性質」組件可查詢密度變化的輸出結果，可見每個考察溫度點下的密度值基本收斂，說明在該溫度點下體系已接近平衡，證明後續計算玻璃化轉變溫度的取值有效。
考察溫度點下動力學平衡過程中的密度變化曲線
「玻璃化轉變溫度」組件可直接對所得數據進行擬合併取得直觀的結果，省去了用戶對數據進行後處理和作圖的繁瑣，右鍵點擊組件即可直接查看擬合所得數值，可見由平台計算兩次所得帕利靈C的玻璃化轉變溫度分別為320K與344K，此處在「構建無序結構」中生成幾個結構，將產生對應結果數據，目的是為了消除模擬的隨機性，參考相關文獻中帕利靈C玻璃化轉變溫度的實驗值為333K。對比實驗結果可以看出，使用MaXFlow計算材料性質正確率高達99%。至此，帕利靈C的玻璃化轉變溫度計算完成。
平台與案例所得帕利靈C玻璃化轉變溫度。上：平台所得結果；右：案例結果
值得一提的是，為方便用戶計算，MaXFlow平台提供APP發佈功能，可將調試完善的工作流打包成可直接使用的APP並發佈至資源廣場。用戶只需下載相應APP，將所研究材料體系的結構文件導入APP中即可直接提交計算任務，不需要重新構建工作流並調整參數。本文所用玻璃化轉變溫度工作流已證實可靠，目前已發佈至資源廣場方便用戶直接使用。
MaXFlow平台的APP資源廣場與部分已發佈APP
拉斯维加斯9888科技MaXFlow人工智能與分子模擬平台可以完整地實現高分子材料玻璃化轉變溫度的計算過程，所得結果與相關文獻吻合程度高。相比傳統模擬軟件複雜繁瑣的使用方式，平台提供的「工作流」模擬方案最大程度地整合了模擬流程中分散的步驟，大幅降低了研究者模擬計算的應用門檻與學習成本；同時，「瀏覽器-服務器」的平台架構又能夠解放研究者的硬件設備，降低了軟硬件成本。這些優勢可以讓研究者把更多的精力與投入放在研究本身，以便更為高效地取得研究成果與經濟效益。
