基于分子動力學ReaxFF 的空間材料原子氧效應研究綜述

喬世英，姜海富，劉宇明，李 濤，焦子龍，崔乃元，孫繼鵬，姜利祥*

（1.北京衛星環境工程研究所；2.可靠性與環境工程技術重點實驗室：北京 100094；3.中國航天科技集團有限公司，北京 100048）

0 引言

為了評估低地球軌道（LEO）上的原子氧（AO）對航天器用材料性能的影響[1-3]，國內外研究人員開展了大量的地面和空間飛行試驗[4-7]，但上述試驗方法存在以已有材料為前提、試驗周期長、材料性能原位表征困難，以及AO 與材料作用的微觀動態演化過程無法實時觀察等不足。隨著理論計算與計算機技術的發展，AO 與空間材料作用仿真分析方法逐漸得到重視[8]。如NASA 建立基于Monte Carlo 算法的二維掏蝕模型可以模擬出AO 對聚合物材料基底的二維縱向掏蝕形狀[9-10]；由Koontz 提出的反應性散射模型可以討論AO 平動能與反應概率的關系[11]；由Baird 提出的鍵合方向性模型可以定性地研究AO 和材料靶原子的質量對于能量輸運的影響[12]；再如由國內的Lee 等提出的分子隨機動力學模型以及自洽理論模型可以計算相應材料AO作用反應概率等[13]。而與這些模擬研究方法相比，由Van Duin 等[14]提出的分子動力學反應力場（MDReaxFF）方法能模擬材料化學鍵的斷裂與生成，為航天器材料AO 效應模擬提供了另外一種手段。

本文首先對MD-ReaxFF 進行介紹，然后簡要說明相應材料在航天器上的主要用途，并綜述目前基于ReaxFF-AO 方法研究涉及的空間聚合物材料[15-20]、金屬材料[21-23]，以及其他如半導體材料[24]和陶瓷材料[25]等的研究現狀，分析對不同材料進行ReaxFF-AO 研究的特點，并對今后應用ReaxFF方法進行空間材料AO 效應研究的發展方向提出建議。

1 反應力場

在MD 模擬中根據研究體系的不同需要選擇合適的力場（也叫勢函數）對于體系模擬結果的正確性至關重要。簡單來說，力場是用來描述原子/分子之間的相互作用，一般通過試驗數據擬合或者量子力學理論計算獲得[26-27]。與常見的L-J 勢、EAM勢和Tersoff 勢等[28]傳統力場相比，由Van Duin等[14]提出的ReaxFF 作為一種新型力場，通過計算任意兩個原子之間當前時刻的鍵級（Bond Order,BO）確定原子之間的連接性，因此，MD-ReaxFF 模擬中原子之間的化學鍵可以自由地斷裂與生成，并且隨著化學鍵的斷裂與生成，原子間的連接性也隨之進行更新。ReaxFF 的這種特性解決了傳統MD模擬中無法模擬體系的動態化學反應的問題[26]。同時，ReaxFF 模擬可以用較小的計算資源實現對較大規模體系的模擬[29]。

ReaxFF 的核心是基于對BO 的表達，在BO 的基礎上將各個原子間的相互作用定義為鍵級的不同函數，同時引入對于非鍵相互作用庫侖力和范德華力的表達。在MD-ReaxFF 進行模擬時，計算每循環一次，體系中原子間的BO 就會相應更新，并依據BO 表征出原子間化學鍵的斷裂與生成。ReaxFF總能量Esystem為[14,30]

式中：Ebond為描述原子間的鍵能項；Eover為過配位能量矯正項；Eangle為價角能量項；Etorsion為扭轉角能項；EvdWaals與ECoulomb分別為非鍵作用的范德華相互作用項和原子間庫侖相互作用項；Especific為根據不同體系需要添加的其他特殊項。

到目前為止，基于MD-ReaxFF 的模擬已成功應用于小分子體系[31]、高分子體系[32]、高能材料體系[33]、金屬氧化物體系[34]以及過渡金屬催化體系[35]等，并已被證明能很好地反映這些體系的化學特征。

2 基于ReaxFF 的空間材料AO 效應研究概況

傳統的地面和空間飛行搭載AO 試驗一般通過分析AO 作用于材料后的表面形貌、表面成分與結構，以及材料質量損失、太陽吸收比、熱發射率、面電阻率、力學性能和AO 侵蝕率等參數的變化來表征材料AO 效應，其中侵蝕率是關鍵特性參數。ReaxFF-AO 模擬研究同樣能在AO 作用過程中實時表征出AO 侵蝕率、質量損失、材料溫度變化、結構演化、作用產物以及被侵蝕材料厚度等眾多特征。并且，目前基于MD-ReaxFF的空間材料AO 效應研究涉及的材料除了聚合物外，還有金屬材料、半導體和陶瓷材料等。

2.1 聚合物材料

絕大多數聚合物材料對AO 都很敏感。如在航天器上使用的聚酰亞胺（PI），由于具有密度小和較好的耐高低溫、抗輻射和柔韌性等優點被大量應用于航天器熱控材料、電力系統以及剛/柔性太陽電池基板等[36]。雖然已經做了大量空間搭載和地面暴露試驗，但是聚合物材料與AO 反應的微觀機理受設備和條件等的限制依舊不完全清晰或無法表征。研究人員通過MD-ReaxFF方法對AO 作用于PI 等航天器用聚合物材料進行研究，以更好地在微觀原子級別了解AO 作用機理和一些性質的表征，為相應材料的空間應用提供理論支持。

Rahnamoun 等[15]從分析質量損失、溫度變化以及反應產物等方面出發，模擬了PI 材料Kapton、Kapton-POSS、無定形二氧化硅（amorphous silica）和Teflon 材料的AO 效應。構建的4 種模型結構如圖1[15]所示，Kapton、Kapton-POSS 和Teflon 這3 種材料建模采用數量分別為30、20 和5 的單體組成，無定形二氧化硅模型由71 個Si8O12組成，AO 動能為4.5 eV，除與無定形二氧化硅作用的AO 個數為250 外，與其他3 種材料作用的AO 個數均為100。4 種材料在AO 作用下的溫度變化如圖2[15]所示，無定形二氧化硅的溫度升高速率最快，Teflon 的溫度升高速率最慢。

圖1 AO 作 用 于 無 定 形 二 氧 化 硅、Kapton、Kapton-POSS 和Teflon 材料的模型[15]Fig.1 Key snapshots of AO collisions on amorphous silica,Kapton, Kapton-POSS and Teflon materials[15]

圖2 無定形二氧化硅、Kapton、Kapton-POSS 和Teflon 在AO 作用下的溫度變化[15]Fig.2 Temperature changes of amorphous silica, Kapton,Kapton-POSS and Teflon under AO impact [15]

圖3[15]為4 種材料在AO 作用下的歸一化質量變化，AO 作用過程中無定形二氧化硅在輻照后質量有輕微的增加，而其他3 種材料在輻照后質量均減少，其中Kapton 質量損失最為嚴重。在AO 作用階段，Kapton、Kapton-POSS、無定形二氧化硅和Teflon 表面反應釋放的材料化學成分如表1[15]所示。水和氧氣是首先從Kapton 表面分離出的小分子物質，隨著AO 的繼續作用，含碳的有機化合物開始從表面分離；而對于Kapton-POSS，在AO 作用的起始階段就可以看到含碳的有機物質從表面分離并脫落。最終結果表明：無定形二氧化硅在AO 作用下最穩定，Kapton-POSS 復合結構也表現出很好的耐AO 穩定性，Teflon 也比Kapton 表現出更低的AO 侵蝕率，模擬所得到的Kapton 與Teflon的AO 侵蝕率與國際空間站搭載試驗（MISSE 2）[37]所得結果接近。

表1 AO 作用階段從Kapton、Kapton-POSS、無定形二氧化硅和Teflon 表面分離的物質[15]Table 1 Products separated from the surface of Kapton, Kapton-POSS, amorphous silica and Teflon materials during AO impacts[15]

圖3 Kapton、Kapton-POSS、Teflon 和無定形二氧化硅歸一化質量變化[15]Fig.3 Normalized mass changes of Kapton, Kapton-POSS,Teflon and amorphous silica [15]

自從Novoselov 等[38]在2004 年發現石墨烯（Gr）以來，由于其性質獨特，對于Gr 及其相應同素異形體碳納米管（CNT）等的研究熱潮不斷。有意義的是，Rahmani 等[16]將Gr、CNT 和POSS 分別添加連接到PI 中構建模型，然后用MD-ReaxFF 研究其AO 效應，并與純PI 進行比較。結果發現，在PI 中隨機混合CNT 和Gr 或PI 連接POSS 的體系在AO 作用下的質量損失、侵蝕率、表面損傷、AO 作用深度和溫度變化都比在PI 中定向排列CNT 和Gr 要低，表明材料表面暴露出的PI 結構的數量是影響混合負載材料AO 侵蝕率的一個重要參數。

Kim 等[17]通過MD-ReaxFF 研究AO 與Kapton、接枝八苯基POSS 暴露在Kapton 表面的結構和Kapton 完全覆蓋POSS 的結構的作用，其中Kapton模型由26 個PI 單體組成，其余2 種模型都由22 個PI 單體和3 個POSS 單體組成；AO 作用動能大小為5～20eV，作用AO 總數為175。圖4(a)和(b)分別為AO 作用過程中3 種結構材料的歸一化質量和歸一化材料厚度變化[17]。

從圖4[17]可以看出，在AO 作用下Kapton 質量損失和厚度下降速率最快，即在AO 作用下最不穩定；接枝八苯基POSS 暴露在Kapton 表面的結構在AO 作用下最為穩定。這一研究結果與前文[15]提到的歸一化質量變化試驗結果相一致，均表明POSS 對抗AO 起著關鍵的作用。

以上MD-ReaxFF 研究PI 的AO 效應報道中，對于PI 的研究主要以純單體PI 結構和將一些物質如POSS、Gr 或CNT 等添加到PI 本體為主。基于MD-ReaxFF 對其他聚合物材料的AO 效應研究也有相關報道。如Ashraf 等[18]研究AO 對2 種環氧化合物與3 種不同的固化劑相互組合交聯的影響，其中：雙酚A（bis A）環氧化合物（圖5(a)）分別與固化劑DETDA（圖5(c)）、IPDA（圖5(d)）和T403（圖5(e)）交聯；雙酚F（bis F）環氧化合物（圖5(b)）與DETDA 交聯。

圖5 環氧化合物和固化劑[18]Fig.5 Epoxides and curing agents [18]

圖6[18]為4 種交聯的材料在AO 作用過程中的歸一化質量和平均溫度變化，AO 的動能為4.5eV，總數200 個。從圖6(a)可以看出，在AO 作用10ps后，4 種結構材料的質量都開始下降，bis A/IPDA 和bis A/T403 的質量損失比其他2 種結構快得多。在模擬結束時，bis A/T403 的質量損失最大，bis A/IPDA緊隨其后。圖6(b)顯示4 種聚合物材料的平均溫度都呈線性增加，溫度變化差異并不顯著，最終溫度范圍在600～650K 之間。同時研究表明，溫度越高，4 種交聯的聚合物材料在AO 作用下越容易被侵蝕，聚合物的高交聯密度對材料的抗AO 和抗降解性能影響顯著。

圖6 不同聚合物材料在AO 作用下歸一化質量和平均溫度變化[18]Fig.6 Normalized mass and mean temperature changes of different polymer materials during AO collision[18]

Zeng 等[19]利用MD-ReaxFF 研究了AO 與聚偏氟乙烯（PVDF）、被氟化的POSS（FP-POSS）和FP-POSS/PVDF 復合物材料的作用，動能為4.5eV的AO 總作用個數為50。模擬結果表明，PVDF 的抗AO 侵蝕性能并不突出，AO 侵蝕率平均值為1.87×10-24g·atom-1。該結果與國際空間站MISSE 2 任務[4]得到的PVDF 的AO 侵蝕率2.10×10-24g·atom-1非常接近，進一步說明了ReaxFF 模擬的可靠性。并且，與之前報道添加POSS 會提高PI 的抗AO 性一樣，將FP-POSS 加入PVDF 基體中可以大大提高PVDF 抗AO 沖擊的穩定性，并且可以迅速降低PVDF 的溫升、質量損失和侵蝕率，主要原因是POSS 結構中籠狀的Si-O 結構阻礙了高能AO 的侵蝕。

Fu 等[20]以衛星脫軌帆上使用的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料為研究對象，利用MD-ReaxFF研究在AO 作用下的效應。構建的模型中總共有15 條單鏈聚合度為20 的PET 分子鏈，作用AO 總數為200 個。圖7[20]為在AO 作用過程中PET 的結構演化，在前50 個AO 作用后，一些原子或小團簇（如O2和H2O 等）從表面逸出；最終200 個AO作用后，整個PET 材料結構被激活并松散地結合在一起。模擬得到AO 對PET 的平均侵蝕率為4.2×10-24g·atom-1，該結果與國際空間站MISSE 2 搭載實驗所得的4.18×10-24g·atom-1吻合度很好[4]。

圖7 PET 在AO 作用過程中的結構演化[20]Fig.7 Structural evolution during AO collisions on the PET[20]

綜上可知，ReaxFF 在聚合物AO 效應研究中可以實時動態觀察作用過程，能更好地反映出AO 各作用階段的不同特點和機理，對于所研究的聚合物材料不用以現有材料為前提。與金屬材料不同，聚合物材料一般由多種元素組成且結構比較復雜，對聚合物的ReaxFF-AO 效應研究除了關注AO 侵蝕率，以及材料厚度和溫度變化外，還主要分析聚合物材料的質量損失、成/斷鍵情況和反應產物等，能更全面深入地反映聚合物材料的AO 效應。

2.2 金屬材料

航天器所用金屬材料類型廣泛，直接暴露在AO 環境的航天器表面上使用的金屬材料主要是用作電流導體材料、天線樞紐材料和太陽電池表面導線材料等。在航天飛機（STS-3, 4, 5, 8）和LDEF[36]上搭載的金屬材料飛行數據表明，大多數金屬受迎面單AO 流作用的分散系數不超過10-5，且與AO作用后會在表面生成能阻止AO 對下面金屬層進一步侵蝕氧化的致密金屬氧化膜。如金屬鋯（Zr）具有較高的抗侵蝕性能，在空氣中表面就能形成致密的氧化層以阻止被進一步氧化。Zr 在航天器上一般作為耐火材料用在機載動力裝置高溫散熱器內以及火箭發動機噴管內[36]。為了解Zr 在AO 下的損傷機理，于博洋等[21]利用MD-ReaxFF 方法，主要從Zr 所處不同溫度條件、形成氧化層厚度、氧化層元素所帶電荷數等方面對Zr(001)和Zr (100)表面進行AO 效應研究，AO 動能為5 eV，總作用數量為1000，如圖8[21]和圖9[21]分別為300 K 和500 K溫度下AO 與Zr(001)和Zr(100)表面作用過程中形成的氧化層厚度變化。可以看出，Zr(001)和Zr (100)表面起初在AO 不斷作用下形成的氧化層厚度都迅速增加，隨著AO 繼續作用直到1000 個AO 作用結束，不管是300 K 還是500 K 溫度條件下Zr(001)和Zr(100)表面氧化層厚度最終都維持在2 nm 左右不再變化，這一結果與前文提到的多數金屬材料在AO 作用下會生成一層致密的氧化膜結論一致。

圖8 Zr(001)在AO 作用下的氧化層厚度變化曲線[21]Fig.8 Zr(001) oxide thickness vs.AO numbers[21]

圖9 Zr(100)在AO 作用下的氧化層厚度變化曲線[21]Fig.9 Zr(100) oxide thickness vs.AO numbers[21]

圖10[21]和圖11[21]分別為AO 作用于Zr(001)和Zr(100)表面形成氧化層中元素價電荷數與氧化層深度的關系曲線，可以看到：Zr(001)和Zr(100)表面在AO 作用下形成的內氧化層中越靠近基體內部Zr1+和Zr2+離子含量越高，Zr4+和Zr3+不斷減少直到消失，而外氧化層基本由Zr4+組成，這一結果也與文獻[21]的XPS 測試結果相一致。

圖10 AO 作用于Zr(001)后其表面價電荷數與氧化層深度的關系[21]Fig.10 Relationship between the valence charge on Zr(001)and the depth of oxide after AO impact [21]

圖11 AO 作用于Zr(100)后其表面價電荷數與氧化層深度的關系[21]Fig.11 Relationship between the valence charge on Zr(100)and the depth of oxide after AO impact [21]

除了多數金屬會氧化生成致密的氧化物薄膜外，也有部分金屬材料對AO 敏感，比如制造航天器太陽電池表面導線的關鍵材料金屬銀（Ag）[39]。表2[36]為LDEF 飛行搭載實驗獲得的一些金屬材料的侵蝕率（R）。

表2 LDEF 搭載金屬材料AO 侵蝕率[36]Table 2 AO erosion yields of metal materials carried by LDEF[36]

可以看出，相較于其他金屬，Ag 對AO 環境很敏感。為了通過計算機模擬Ag 在AO 作用下的變化，Morrissey 等[22]以LEO 上AO 侵蝕率為研究目標，用MD-ReaxFF 方法模擬了LEO 上AO 與Ag 和金（Au）的相互作用，并將模擬結果與現有的試驗數據進行比較。構建的AO 作用于Ag 和Au的模型初始溫度為200K，作用了動能為4.5eV的AO 各100 個。從圖12[22]模擬結果發現，在AO 作用之前，Ag 為完整的面心立方（FCC）結構，隨著AO 的作用有AO 被反彈，但也有AO 與Ag 原子結合形成Ag 氧化層（見圖12(c)），最終獲得Ag 侵 蝕 率 為11.6×10-23g·atom-1，這 一 結 果 與LEO 飛行測試數據非常吻合[37]。為進一步體現對Ag 模擬結果的可靠性，進行了AO 對Au 的MDReaxFF 對照模擬，如圖13[22]所示。發現在總數100 個AO 作用后只損失了2 個Au 原子，對應于每個AO 有0.05 個Au 原子的濺射率，這一結果與Au 具有很強的耐腐蝕性和耐AO 性而被用在許多航天材料的表面涂層的應用性質相吻合[22]。該研究將模擬獲得的金屬Ag的AO 剝蝕率與LEO 飛行獲得的AO 剝蝕率數據相對照驗證了ReaxFF 模擬Ag 的AO 效應的正確性，為今后研究其他金屬材料的AO 效應提供了借鑒。

圖12 AO 作用于金屬Ag [22]Fig.12 Key snapshots of AO collisions on Ag[22]

圖13 AO 作用于金屬Au[22]Fig.13 Key snapshots of AO collisions on Au [22]

為進一步研究不同動能的AO 對航天器材料的影響，Morrissey 等[23]在后續的工作中用MDReaxFF 方法研究了4 種不同動能的AO 作用于Ag 和Al 的一些性質。與他們的早前研究不同，此次研究主要目的是探尋高能AO 對這2 種金屬材料的損傷隨著不同沖擊能量變化的規律，不單單關注材料在LEO 下的AO 侵蝕率。構建的AO 作用于Ag 和Al 的模型初始溫度為200 K，動能分別為4.5、10、20 和30 eV 的AO 各200 個，結果以30 eV的AO 為例，見圖14[23]。可以看出，Ag 在無恒溫器模擬時200 個AO 作用后每個AO 產生0.316 個離位缺陷，而Al 在200 個AO 作用后每個AO 產生0.652 個離位缺陷，也就是說Al 比Ag 更容易產生離位，這一模擬結果與Ogorodnikov 等[40]通過實驗得到的Al 空位形成能（0.79 eV）比Ag（1.08 eV）低的結果一致。同時，2 種材料在未加入恒溫器時產生缺陷數量都比有恒溫器時多，比較在200 個AO 作用后溫度的變化發現Al 比Ag 的溫升更高。

圖14 Ag 和Al 在控溫和非控溫下與每個30 eV 的AO 作用下產生的缺陷數[23]Fig.14 The number of defects produced by Ag and Al under mild and non-temperature control at 30 eV AO [23]

比較2 種材料被4 種高能AO 作用后的被侵蝕數如表3[23]所示，可以發現在4 種高能AO 作用下，Ag 的被侵蝕原子數都比Al 多，這一結果與試驗[41]得到的Ag 氧化形成的負自由能（0.32 eV）比Al（5.89 eV）小從而Ag 更容易被AO 侵蝕的結果一致。最終結果表明，Ag 和Al 在AO 作用下形成的缺陷數和缺陷深度隨著AO 沖擊能量增加而線性增加，相比于Ag，Al 中形成的缺陷更多，而Ag 比Al 更容易被AO 侵蝕。同時也說明，AO 侵蝕率一項指標不一定能體現出AO 作用后剩余基體材料的狀態，顯現出ReaxFF-AO 對于AO 效應研究的深入性。

表3 Al 和Ag 在不同時間AO 作用過程中被侵蝕的原子數[23]Table 3 Number of eroded Al and Ag atoms at various times as a function of AO kinetic energy[23]

值得指出的是，大多數金屬具有比較簡單的高對稱性晶體結構并且元素單一，因此基于ReaxFF的金屬材料AO 效應研究主要從材料所處溫度、AO 侵蝕率、侵蝕深度、被侵蝕原子數和形成氧化層厚度等方面進行，并且研究對象主要為航天器上常見的金屬材料。

2.3 其他材料

除了金屬和聚合物材料外，其他材料也有相關報道，如硅（Si）的氧化產物SiOx對AO 防護性能極高，同時作為重要的半導體材料在航天器上的應用也非常廣泛，如Si 太陽電池[36]。Khalilov 等[24]研究了Si(100)分別在100、300、500、700、900、1100、1200 和1300 K 共8 種溫度條件下與AO 作用的一些表現，AO 的動能分別為1、3 和5 eV。研究表明：在700 K 左右的轉變溫度下，AO 作用于Si 形成的氧化層的厚度只取決于AO 的動能；在700 K以上時，形成的Si 氧化層的厚度取決于AO 的動能和Si 的表面溫度，氧化層厚度隨著溫度的升高而增加。同時，1、3 和5 eV 的AO 在Si 基體中的反應深度范圍在5～9 ?。而Srinivasan 等[42]通過ReaxFF 研究AO 對Gr 作用，發現高能AO 撞擊會導致Gr 薄片沿對角線彎曲，面積較大的Gr 可以分散接近的AO，單層Gr 的侵蝕通過環氧化物的形成、空位缺陷的產生和擴展進行，雙層Gr 在AO 的作用下的侵蝕按層順序發生。Cui 等[43]通過ReaxFF 研究AO 對Gr 作用，同樣發現多層Gr 在AO 作用下逐層侵蝕的現象，且侵蝕速率也隨Gr 層數的增加而減小。

金剛石輻射探測器作為新一代空間輻射環境探測器在高能物理輻射探測方面已占據無可替代的位置[44]。Srinivasan 等[45]通過ReaxFF 研究AO對金剛石的效應發現：對于較小表面的金剛石在AO 作用下會產生各種的官能團，如醚、過氧化物和氧自由基等；對于較大表面的金剛石，金剛石(100)、(111)和(110)表面都能被AO 侵蝕，且所有表面的侵蝕都是逐層進行。

SiC 由于具有高達約2730 ℃的升華溫度、高熱穩定性和優異的斷裂韌性等特性，被廣泛應用于航天器熱控系統中[46]。Park 等[25]利用ReaxFF 研究了3C-SiC 結構的SiC(100)、(110)和(111)共3 種晶面取向和SiC(100)在600、900、1200、1800 和2000 K 共5 種溫度下的AO 效應。圖15[25]所示為200 個AO 作用于SiC 的3 種晶面取向的結構變化。發現：作用初期溫度稍低時，AO 與Si 原子發生反應形成SiOx層，經過AO 繼續作用溫度升高后有CO 析出，溫度達到3000 K 后質量發生明顯下降。其主要原因是，AO 作用使SiC 發生升華分裂成原子團。3 種晶面取向中，SiC(110)晶面結構首先開始被侵蝕，SiC(100)面相對較穩定。圖16[25]所示為SiC (100)晶面結構在5 種不同溫度下隨AO 作用的質量變化，發現隨著溫度升高到趨于SiC的升華溫度，SiC 質量發生下降。

圖15 AO 作用于SiC3 種晶面取向時的結構變化[25]Fig.15 Structural changes of three slabs of SiC after AO collision[25]

圖16 不同溫度下AO 作用于SiC(100)晶面結構的歸一化質量變化[25]Fig.16 Normalized mass changes of the SiC(100) at different temperatures[25]

3 結束語

MD-ReaxFF 能模擬體系中化學鍵的斷裂與生成，在AO 效應研究方面表征出的質量損失、溫度變化、反應產物、和侵蝕率等一系列性質能很好地反映空間材料AO 效應。并且文中相關研究表征出的AO 侵蝕率等性質與相應空間搭載試驗數據吻合度較好，證明了MD-ReaxFF 模擬方法的可靠性。鑒于未來航天器對高性能新材料的研制和試驗新方法提出更高要求，MD-ReaxFF 或將在航天相關新材料的開發和選材和材料AO 效應表征等方面成為有效的研究手段。本文依據目前研究現狀，建議今后MD-ReaxFF 的AO 效應研究關注以下幾點：

1）對于聚合物材料，目前報道的PI 建模均為單體結構，未來對于PI 的ReaxFF-AO 研究可以考慮聚合度，同時，除開展更多其他航天聚合物材料的研究外，有必要研究不同AO 動能、通量密度、聚合物密度和溫度等對聚合物材料AO 效應的影響；

2）對于金屬材料，有必要對航天器上應用的合金材料、金屬陶瓷材料、金屬氧化物等開展ReaxFF-AO 效應研究；

3）為保證ReaxFF-AO 效應研究結果的可靠性，未來的研究工作除了同空間搭載獲得的AO 侵蝕率數據比較外，可以結合地面試驗對ReaxFF 結果予以驗證；

4）在LEO 中除了AO 是一大威脅外，平均動能為8 eV 的N2也不容忽視，因此可基于MD-ReaxFF增加N2對航天相關材料效應的研究。