溴化钾团簇相变的分子动力学研究

众所周知，团簇的尺寸介于原子或分子与大块物质之间。由于它有较大的表面／体积比而有独特的物理化学性质。团簇在成核，晶体生长，材料科学和纳米器件加工等领域起了至关重要的作用。近年来，计算机模拟已成为物理，化学，生物，天文，地质等领域的重要研究工具。计算机模拟不仅可以     

Pt-Au合金团簇热力学性质分子动力学模拟研究

采用分子动力学方法和原子嵌入法模型势模拟了Pt原子和Au原子合金纳米团簇的熔化过程,研究了这些金属原子纳米团簇熔点与团簇组分的关系,发现不同组分纳米团簇的熔点不是单调变化的,同时均出现了负热容现象.通过对各种团簇溶化前后结构的比较研究,分析了导致这种现象的原因.     

中介尺度Au纳米团簇熔化的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟技术，研究了原子个数为16～8628的 Au纳米团簇的熔化过程.采用 Johnson的EAM (embedded atom method) 模型,模拟结果表明，金属纳米团簇存在一中介尺度区域.对Au纳米团簇而言，当原子个数N >456时，团簇的热力学性质与团簇尺寸呈线性关系，熔化首先从表面开始，逐步向中心区域推进，且满足Tmb－Tmc(N)＝aN(－1/3)的关系.另外，计算了中介区域的团簇的尺寸、熔化温度、表面能、熵、焓等热力学量以及均方根位移（RMSD）等动力学量，为研究纳米团簇提供定量数据.     

杂质对硬球系统团簇成核临界条件的影响

通过CS状态方程及熵极大原理在多元胶体系统研究了杂质对硬球系统团簇成核临界条件的影响. 极少量元素或杂质的小胶球对系统成核的临界条件的影响也是不可忽略的： 成核的临界体积分量显著地降低;此外,研究还发现杂质对成核的临界尺寸影响较少.     

小尺寸金属团簇熔化过程的分子动力学模拟

运用分子动力学方法模拟了小尺寸金属团簇的熔化过程, 原子之间的作用采用嵌入原子法(EAM)模型, 计算了均方根键长涨落δ随温度的变化, 以及升温过程中团簇热容的变化. 包含55、56个原子的面心立方(FCC)结构Au团簇的熔化过程是基本相同的. 而同样结构和数目Cu团簇的熔化过程却呈现出不同的趋势. Cu55、Cu56在模拟过程中都出现了FCC结构到二十面体结构的转变. 但由于表面多出了一个原子, Cu56的热容曲线比Cu55多了一个峰, 体系出现了预熔化现象. 这表明小尺寸团簇的固液转变的过程与团簇的原子类型、几何结构和原子数目密切相关.     

钯团簇碰撞沉积钯/银基板的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟方法研究了常温下较大的钯团簇以不同初始速度撞击不同硬度基板的微观过程,着重分析了沉积形貌的变化、团簇的嵌入深度和原子的扩散程度、基板碰撞接触区域的温度演变以及碰撞过程中团簇与基板间的能量转化,获得了沉积过程中变形形貌、结构特征及能量转化随团簇尺寸、初始速度及基板材质的变化规律.并进一步探究了第二颗团簇以不同时刻沉积时前一团簇的变形形貌及基板接触区域温度变化的特点,发现短时间间隔下第二颗团簇的沉积更有利于团簇与基板的结合.     

（AgI）n团簇熔化行为的分子动力学模拟

用遗传算法结合经验势搜索了 (AgI)n(n=3-15) 团簇的可能稳定结构,并用微正则分子动力学方法研究了它们的熔化行为.(AgI)n 团簇的稳定结构主要以四叫元环和六元环相接的笼状结构为主.大多数(AgI)n会在一个较大的温度范围内随温度升高结构不断扭曲,原子间距涨落及动能涨落不断增大,直到在某个温度下熔化,结构变得完全无序.(AgI)6 的结构具有很高的对称性,熔化发生在一个较窄的温度范围.对于(AgI)5,会在熔化前较大的温度范围内发生最稳定结构与能量较高的环状异构体之间的转化,并可能出现负热容现象.     

(AgI)n团簇熔化行为的分子动力学模拟

用遗传算法结合经验势搜索了(AgI)n(n=3-15)团簇的可能稳定结构, 并用微正则分子动力学方法研究了它们的熔化行为. (AgI)n团簇的稳定结构主要以四元环和六元环相接的笼状结构为主. 大多数(AgI)n会在一个较大的温度范围内随温度升高结构不断扭曲, 原子间距涨落及动能涨落不断增大, 直到在某个温度下熔化, 结构变得完全无序. (AgI)6的结构具有很高的对称性, 熔化发生在一个较窄的温度范围. 对于(AgI)5, 会在熔化前较大的温度范围内发生最稳定结构与能量较高的环状异构体之间的转化, 并可能出现负热容现象.     

固液相变的分子动力学研究Ⅰ─—(KI)_(108)离子簇的熔化和凝固(英)

通过分子动力学模拟，考查并分析了（KI）108离子簇的结构、能量和相变的动力学行为．在加热和冷却过程中，离子簇再现了熔化和凝固现象，而且熔化起始于立方体的其一顶点，熔化的离子簇不是球形的，说明了离子簇的非湿特征．根据结晶的成核速率，讨论了电子衍射实验中观察KI凝固的可能性     

TNT高温热解及含碳团簇形成的反应分子动力学模拟

ReaxFF-MD模拟三硝基甲苯(TNT)高温热解显示增加了伦敦耗散力项(Elg)的ReaxFF/lg势函数在含能材料平衡密度计算方面具有优越性.产物识别分析得出TNT热解的主要产物为NO2、NO、H2O、N2、CO2、CO、OH以及HONO,且最终产物为H2O、N2和CO2.使用ReaxFF势函数模拟同样过程进行比较性分析显示,在主要产物和最终产物方面与ReaxFF/lg作用结果具有一致性,但在化学反应动力学方面表现出一些差异.orthoNO2键断裂和C―NO2→C―ONO重排布-断裂形成NO2和NO是TNT热解的主要初级反应,且前者产生速率大于后者,NO2和NO形成后很快参与次级反应并最终形成N2.高温热解中形成OH等小分子会促进H2O的形成.环上基团相互反应或直接脱落后,主环间C―C键才发生断裂,但温度升高会加快主环断裂,并进一步分解形成CO2,这也是高温条件下CO2分布产生波动的一个重要原因.并且当晶胞中的TNT分子几乎完全分解时,系统的势能开始明显衰减.与温度相比,密度对热解中最大含碳团簇形成的影响更明显.并且,模拟结果显示,在TNT完全分解前已经出现含碳中间体的聚合现象.此项工作表明使用ReaxFF/lg反应力场研究TNT高温热解可以提供具体的动力学和化学方面的信息,并有助于理解含能材料的爆轰问题并可进行安全评估.     

Molecular Dynamics Simulation of Glass Transition Behavior of Polyimide Ensemble

The prediction of glass transition temperature from chemical structure has a great significance to select and design new high-properties materials. However, for the estimation and correlation methods, the deficiency of parameters for newer groups will lead to invalidity of Tg prediction or greater deviation from experiment. In the present work, we predicted Tg for a polyimide (PI) ensemble with rigid moieties, and analyzed structural factor that regards to the rotation barrier of the bridging…     

氩蒸气在球形固体颗粒上异质核化的分子动力学模拟

异质核化在大气中广泛存在, 但是其微观核化机理鲜为人知, 本文应用分子动力学方法模拟过热氩蒸气在纳米球形固体颗粒物上异质核化的动态特性, 讨论不同的冷却率对核化过程中系综温度、团簇分布、团簇大小以及核化速率的影响. 结果显示, 系综内蒸气的核化温度随着冷却率的增加而降低, 预先存在的球形固体颗粒在团簇的形成阶段起着重要的作用, 而且存在一个临界冷却率1.80×10^-9J·s^-1. 在该冷却率下, 在异质核化系综内均质核化出现, 并与异质核化共存, 但是异质核化在整个核化过程中仍然占主导地位.     

覆盖的氩原子簇过热的分子动力学模拟(英)

通过分子动力学模拟研究了覆盖较高熔点的原子的氩原子簇．原子族由177个氩原子和72个覆盖原子组成．覆盖原子的势能参数ε比氩原子大50％，该原子簇比纯氩原子簇熔点过热2K．模拟结果表明，覆盖的原子簇过热的原因是：在达到熔点之前，体系缺少氩原子构成的自由表面，仍然是覆盖原子的有序表面．     

纳米粒子填充聚合物体系中凝聚结构和渗流转变的分子动力学模拟

通过粗粒化模型,采用分子动力学模拟的方法研究了纳米粒子填充聚合物体系中粒子的凝聚过程.结果表明:纳米粒子和基体粒子间的相互作用决定了团聚体的结构,且作用力越大则团聚体的分形维数越高,当粒子的相互作用强度(εNP)为1.0时,模拟体系中团聚体的分形维数为2.05,与聚酰亚胺炭黑体系透射电镜照片结果一致.对渗流过程的模拟结果表明,相互作用力的增大会导致渗流时间的增加,渗流转变速率减慢,与动态电渗流实验的实测结果相符合.     

侧链液晶聚合物相转变点的分子动力学模拟

液晶基本上可分为３类：向列型液晶、近晶型液晶和胆甾型液晶［１］．液晶材料的相转变温度的预测对选择和设计液晶材料具有非常重要的作用．本文用分子动力学模拟法对聚［ω－（４′－甲氧基联苯－４－氧基）己基］甲基丙烯酸酯（ＰＭ６ＭＰＰ）单链分子进行了研究,模拟...     

Thermodynamics and Kinetics of Prenucleation Clusters,Classical and Non‐Classical Nucleation

Recent observations of prenucleation species and multi‐stage crystal nucleation processes challenge the long‐established view on the thermodynamics of crystal formation. Here, we review and generalize extensions to classical nucleation theory. Going beyond the conventional implementation as has been used for more than a century now, nucleation inhibitors, precursor clusters and non‐classical nucleation processes are rationalized as well by analogous concepts based on competing interface and bulk energy terms. This is illustrated by recent examples of species formed prior to/instead of crystal nucleation and multi‐step nucleation processes. Much of the discussed insights were obtained from molecular simulation using advanced sampling techniques, briefly summarized herein for both nucleation‐controlled and diffusion‐controlled aggregate formation.     

高分子玻璃化转变过程的分子动力学模拟本科教学实验

玻璃化转变是高分子专业教学中的重要内容,转变过程中自由体积的变化和分子链段的运动是理解玻璃化转变的难点。在计算机上使用分子模拟的方法得到三维的可视化图形,可以更直观地观察到自由体积和分子链的变化。提炼近年分子模拟技术在玻璃化转变研究中的最新科研成果,得到既有理论基础又适合本科教学的课程素材。分子模拟可以实现了仪器测试无法达到的超快速升降温,并与仪器测试得到的实验结果相对照,验证了普通实验很难验证的理论观点,从而拓展了本科实验的范围,达到了很好的教学效果。     

纳米粒子相变的分子动力学研究：Cu453的性质、结构与结晶成核

Molecular dynamics （MD） computer simulations have been carried out to study the structures, properties and crystal nucleation of nanoparticles with 453 Cu atoms. Structure information was analyzed from the MD simulations, while properties of nanoparticles of Cu453, such as melting point, freezing temperature, heat capacity and mo- lar volumes, have been estimated. The face center cubic （FCC） phase and icosahedron （Ih） phase were observed during the quenching process, and nucleation rates of crystallization to FCC crystal of Cu453 at temperatures of 650, 700, 750, and 800 K were analyzed. Both classical nucleation theory （CNT） and diffuse interface theory （DIT） were used to interpret our observed nucleation rates. The free energy and diffuse interface thickness between the liquid and the FCC crystal phases were estimated by the CNT and DIT respectively, and the results show that the DIT does not work properly to the system.     

Thermally Induced Phase Transition of Crystalline Syndiotactic Polystyrene Studied by Molecular Dynamics Simulation

The structural phase transition between the polymorphs of syndiotactic polystyrene has been studied by means of molecular dynamics simulation. It was found that the initial δ_e form of the crystal structure was completely transformed into the γ form by thermal treatment. Not only the crystal structure but also the transition path are investigated at the molecular level for the first time.