本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建，特別是涉及一種碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法、設(shè)備、介質(zhì)及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、三維蜂窩狀多孔碳結(jié)構(gòu)是一種具有高比表面積和多孔特性的材料，其由類似于蜂窩的規(guī)則排列周期性孔洞構(gòu)成。這種材料因其優(yōu)異的導(dǎo)電性、較大的比表面積和獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)，在能源存儲(chǔ)、催化劑載體和吸附劑等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

2、在相關(guān)技術(shù)方案中，設(shè)計(jì)具有自組裝特性的有機(jī)分子或高分子材料，使其在特定條件下自然形成三維蜂窩狀結(jié)構(gòu)，這些設(shè)計(jì)通常依賴于分子間的自發(fā)排列和相互作用，形成規(guī)則的多孔網(wǎng)絡(luò)?；蛘?，利用圖論方法構(gòu)建多孔碳的拓?fù)淠Ｐ停@種方法通過分析碳原子的連接模式和孔道的拓?fù)涮卣?，設(shè)計(jì)具有期望結(jié)構(gòu)和功能的三維蜂窩狀碳材料。這樣僅局限于設(shè)計(jì)單一三維蜂窩狀多孔碳，其結(jié)構(gòu)生成效率較低，導(dǎo)致無(wú)法推動(dòng)三維蜂窩狀多孔碳材料的應(yīng)用研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法、設(shè)備、介質(zhì)及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，不僅可以提高生成效率，還可以確保三維蜂窩狀多孔碳結(jié)構(gòu)的多樣性和性能，有望推動(dòng)三維蜂窩狀多孔碳材料在能源、催化等領(lǐng)域的應(yīng)用。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法，包括：

3、從二維碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出符合設(shè)定條件的二維碳結(jié)構(gòu)；

4、利用篩選出的二維碳結(jié)構(gòu)，生成目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)；

5、對(duì)生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)進(jìn)行高通量計(jì)算；所述高通量計(jì)算為并行執(zhí)行多個(gè)計(jì)算任務(wù)的計(jì)算模式；

6、根據(jù)高通量計(jì)算結(jié)果構(gòu)建三維蜂窩狀多孔碳結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)。

7、第一方面，在本發(fā)明提供的上述碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法中，利用篩選出的二維碳結(jié)構(gòu)，生成目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)，包括：

8、對(duì)篩選出的二維碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行裁剪，得到裁剪后的碳納米帶；

9、對(duì)裁剪后的碳納米帶進(jìn)行拼接組合，生成目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)。

10、另一方面，在本發(fā)明提供的上述碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法中，對(duì)篩選出的二維碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行裁剪，包括：

11、根據(jù)篩選出的二維碳結(jié)構(gòu)的晶體平移對(duì)稱性，利用晶格矢量的線性組合來確定至少一種裁剪方向；

12、遍歷確定的裁剪方向，獲取在確定的裁剪方向上存在的周期性排列的碳原子列；

13、沿著周期性排列的碳原子列對(duì)應(yīng)的裁剪方向，對(duì)篩選出的二維碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行裁剪。

14、另一方面，在本發(fā)明提供的上述碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法中，在確定至少一種裁剪方向之后，在對(duì)篩選出的二維碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行裁剪之前，還包括：

15、依據(jù)確定的裁剪方向，遍歷并確定碳納米帶寬度；碳納米帶兩側(cè)邊界的碳原子排列方向相同；

16、沿著周期性排列的碳原子列對(duì)應(yīng)的裁剪方向，對(duì)篩選出的二維碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行裁剪，包括：

17、沿著周期性排列的碳原子列對(duì)應(yīng)的裁剪方向，結(jié)合確定的碳納米帶寬度對(duì)篩選出的二維碳結(jié)構(gòu)進(jìn)行裁剪。

18、另一方面，在本發(fā)明提供的上述碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法中，對(duì)裁剪后的碳納米帶進(jìn)行拼接組合，生成目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)，包括：

19、確定蜂窩狀碳結(jié)構(gòu)中的孔洞形狀；

20、根據(jù)確定的蜂窩狀碳結(jié)構(gòu)中的孔洞形狀，對(duì)裁剪后的碳納米帶進(jìn)行拼接組合，生成目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)。

21、另一方面，在本發(fā)明提供的上述碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法中，根據(jù)確定的蜂窩狀碳結(jié)構(gòu)中的孔洞形狀，對(duì)裁剪后的碳納米帶進(jìn)行拼接組合，生成目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)，包括：

22、根據(jù)確定的蜂窩狀碳結(jié)構(gòu)中的孔洞形狀，生成并存儲(chǔ)不同孔洞形狀及其排列組合形成的模板結(jié)構(gòu)；

23、將裁剪后的碳納米帶填充至所述模板結(jié)構(gòu)中，生成符合預(yù)設(shè)孔洞形狀和排列要求的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)。

24、另一方面，在本發(fā)明提供的上述碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法中，對(duì)生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)進(jìn)行高通量計(jì)算，包括：

25、獲取生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)中的鉸鏈碳原子的排布方式；鉸鏈碳原子為在生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)中連接不同碳納米帶的樞紐節(jié)點(diǎn)；

26、根據(jù)鉸鏈碳原子的排布方式，對(duì)生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)進(jìn)行高通量計(jì)算。

27、另一方面，在本發(fā)明提供的上述碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法中，獲取生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)中的鉸鏈碳原子的排布方式，包括：

28、根據(jù)碳納米帶邊緣碳原子列的幾何構(gòu)型以及蜂窩碳的孔洞形狀，得到生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)中的鉸鏈碳原子的位置；

29、根據(jù)得到的鉸鏈碳原子的位置，獲取鉸鏈碳原子的排布方式。

30、另一方面，在本發(fā)明提供的上述碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法中，根據(jù)碳納米帶邊緣碳原子列的幾何構(gòu)型以及蜂窩碳的孔洞形狀，得到生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)中的鉸鏈碳原子的位置，包括：

31、若生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)中的鉸鏈碳原子本身是碳納米帶的一部分，則根據(jù)四配位下碳原子的鍵長(zhǎng)和鍵角信息，計(jì)算除當(dāng)前納米帶之外的其它納米帶所提供的兩個(gè)碳原子的坐標(biāo)；

32、根據(jù)計(jì)算出的兩個(gè)碳原子的坐標(biāo)，確定兩個(gè)碳原子所要連接的碳納米帶的位置，以得到計(jì)算生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)中的鉸鏈碳原子的位置。

33、另一方面，在本發(fā)明提供的上述碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法中，根據(jù)碳納米帶邊緣碳原子列的幾何構(gòu)型以及蜂窩碳的孔洞形狀，計(jì)算生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)中的鉸鏈碳原子的位置，還包括：

34、若生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)中的鉸鏈碳原子本身不屬于碳納米帶，則判定鉸鏈碳原子為成對(duì)出現(xiàn)，構(gòu)成原子對(duì)，且原子對(duì)的間距為四配位下碳碳鍵長(zhǎng)；

35、在與原子對(duì)正交的平面中，獲取目標(biāo)平面；所述目標(biāo)平面滿足每個(gè)平面均包含三個(gè)碳納米帶邊緣碳原子呈等邊三角形排列，且兩個(gè)平面相對(duì)于原子對(duì)的中心成鏡像排列且平面本身不與原子對(duì)構(gòu)成的碳碳鍵相交；

36、根據(jù)所述目標(biāo)平面，得到計(jì)算生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)中的鉸鏈碳原子的位置。

37、另一方面，在本發(fā)明提供的上述碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法中，根據(jù)鉸鏈碳原子的排布方式，對(duì)生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)進(jìn)行高通量計(jì)算，包括：

38、根據(jù)鉸鏈碳原子的排布方式，對(duì)生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)進(jìn)行能量穩(wěn)定性計(jì)算分析；

39、采用第一性原理分子動(dòng)力學(xué)檢驗(yàn)生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)在常溫?zé)崃W(xué)條件下的穩(wěn)定性；

40、計(jì)算聲子譜驗(yàn)證生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。

41、另一方面，在本發(fā)明提供的上述碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法中，根據(jù)鉸鏈碳原子的排布方式，對(duì)生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)進(jìn)行高通量計(jì)算，還包括：

42、根據(jù)鉸鏈碳原子的排布方式，利用力學(xué)穩(wěn)定性與力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算驗(yàn)證生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)在不同應(yīng)力條件下的表現(xiàn)；

43、對(duì)生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)進(jìn)行電子結(jié)構(gòu)的分析，獲取碳結(jié)構(gòu)的電子特性。

44、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供一種碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建設(shè)備，包括：

45、存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序；

46、處理器，用于執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法的步驟。

47、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供一種非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)，所述非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法的步驟。

48、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序/指令，所述計(jì)算機(jī)程序/指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法的步驟。

49、從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所提供的一種碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法，該方法包括：從二維碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出符合設(shè)定條件的二維碳結(jié)構(gòu)；利用篩選出的二維碳結(jié)構(gòu)，生成目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)；對(duì)生成的目標(biāo)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)進(jìn)行高通量計(jì)算；高通量計(jì)算為并行執(zhí)行多個(gè)計(jì)算任務(wù)的計(jì)算模式；根據(jù)高通量計(jì)算結(jié)果構(gòu)建三維蜂窩狀多孔碳結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)。

50、本發(fā)明的有益效果在于，本發(fā)明提供的上述碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法，利用二維碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選出的二維碳結(jié)構(gòu)，生成大量三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)，節(jié)省了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和篩選的時(shí)間；對(duì)三維蜂窩狀多孔碳的候選結(jié)構(gòu)進(jìn)行高通量計(jì)算，可以快速評(píng)估和優(yōu)化候選結(jié)構(gòu)，確保生成的結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的性能；根據(jù)高通量計(jì)算結(jié)果來構(gòu)建三維蜂窩狀多孔碳結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠提供一個(gè)系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)資源，助力相關(guān)材料的研究與開發(fā)。整個(gè)過程全面涵蓋了從二維結(jié)構(gòu)到三維結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，不僅提高了生成效率，還確保了新型三維結(jié)構(gòu)的多樣性和性能，并且構(gòu)建的三維蜂窩狀多孔碳結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)有望推動(dòng)三維蜂窩狀多孔碳材料在能源、催化等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)材料性能的需求。

51、此外，本發(fā)明還針對(duì)碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法提供了相應(yīng)的碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建設(shè)備、非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，與上述提到的碳材料數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建方法具有相同或相對(duì)應(yīng)的技術(shù)特征，效果同上。