基于粗粒化模型对有机溶剂的分子动力学模拟

在基于Boltzmann分布对四种基本构象进行Monte Carlo取样后, 通过与全原子模型的范德华势比较得到了Gay-Berne (GB)参数. 又在对用量化计算得到的分子体系的电势进行电荷、偶极矩和四极矩的拟合后, 得到了电多极展开势(EMP)参数. 利用得到的粗粒化参数, 基于粗粒化模型, 对CHCl₃及四氢呋喃(THF)两种有机溶剂进行了分子动力学模拟(MDS), 并将结果同全原子模拟进行了比较. 计算结果表明用粗粒化模型从整体上能重复全原子模型的模拟结果, 但在某些细节的计算与全原子模型有偏差, 其原因可能是目前工作仅考虑了单位点情况, 为此今后在对具有复杂结构的分子进行粗粒化模拟时还应考虑合理放置及增加相互作用位点.     

高分子粗粒化分子动力学模拟进展

模拟与理论、实验相互补充,彼此验证,使我们在原子和分子尺度上理解相关实验现象中的微观物理机制。结合高性能计算机和计算技术的发展,模拟已发展成为独特的高分子科学研究手段,在高分子材料优化设计和性能与结构问的性能关系研究中起重要作用。高分子具有不同层次的结构,材料的性质和功能不仅取决于化学结构和分子性质,而且很大程度上取决...     

RDX/BAMO推进剂结合能、力学性质和能量性能的分子动力学模拟

利用分子动力学方法研究了著名的含能材料环三亚甲基三硝胺(RDX)、3,3′-双-(叠氮甲基)-氧杂环丁烷(BAMO)和RDX/BAMO推进剂. 结果表明, BAMO与RDX(010)面之间分子相互作用最强, 其次是(100)和(001)面. 以对相关函数g(r)描述了RDX和BAMO之间的相互作用. 计算了RDX/BAMO推进剂的弹性系数、模量、柯西压、泊松比等性能. 结果表明, BAMO的加入能够改善RDX的弹性力学性能, 相对改善效应的顺序为(100)>(001)>(010). RDX/BAMO推进剂的能量性能结果显示, BAMO的加入降低了RDX的比冲, 但仍高于著名的双基推进剂的比冲.     

葡萄糖水溶液氢键结构和动力分析

利用分子动力学模拟方法研究了不同浓度下葡萄糖水溶液的氢键结构和氢键生存周期. 分析了参与i个氢键(分子内、分子间、所有类型)的葡萄糖分子和水分子的百分比分布. 研究发现存在一个特征数N, 参与N个氢键的分子的比例最高, 当iN时, 参与i个氢键的分子的比例随着浓度的增加而减小. 还分析了不同类型氢键(葡萄糖分子内、葡萄糖分子间、水分子间、葡萄糖分子与水分子间、所有类型)的连续和截断自相关函数, 并计算了对应的氢键生存周期.     

拉伸过程中晶向对银单原子线形成几率影响的分子动力学模拟

采用基于原子镶嵌势函数的分子动力学方法, 模拟了银纳米线沿[100]、[110]和[111]晶向拉伸过程中的空间原子结构和性能. 研究结果表明不同晶向的材料力学性质有显著不同, 屈服应力按照[111]、[110]和[100]依次降低. 从形变位图观察到纳米线在断裂前形成单原子线排列. 由900个分子动力学模拟样本统计得出沿三个晶向形成单原子线的几率, 其中沿[111]晶向形成单原子线的几率明显高于其他两个晶向. 本文从形变机理阐述了单原子线生成几率与晶向的依赖关系.     

GPU引发的计算化学革命

综述了图形处理器(GPU)在计算化学中的应用和进展.首先简单介绍了GPU在科学计算中应用的发展,然后分别详细讲述了迄今几个使用GPU和CUDA(compute unified device architecture,显卡厂商Nvidia推出的计算平台)开发工具设计的量子化学计算和分子动力学(MD)模拟的算法和程序,尤其对目前唯一完全使用GPU技术开发的量子化学计算软件TeraChem做了完备的介绍,包括算法、实现的细节和程序目前的功能.此外,本文还对GPU在计算化学上将会发挥的作用做出了极为乐观的展望.     

油纸复合介质中水分子扩散行为的分子动力学模拟

对不同温度下水分子在油纸复合介质中的扩散行为进行了分子动力学模拟研究. 通过分析水分子与纤维素形成的氢键发现, 油中的水分子在模拟过程中会逐渐扩散到纤维素内并与之形成氢键, 而纤维素内的水分子则与纤维素形成氢键后被束缚于纤维素中. 通过分析水分子的扩散系数发现, 由于油和纤维素的极性不同, 使得水分子在油和纤维素两种单介质中的扩散行为有较大差别, 而在复合介质中的扩散系数受水分子在油和纤维素中的比例影响较大, 两者表现出很强的相关性. 水分子和两介质的相互作用与两介质的极性也存在很大的关系, 且不同温度下水分子与两介质的相互作用能和水分子在油和纤维素中的比例也表现出了较强的相关性. 不同温度下水分子的不同分布弱化了温度对扩散系数的影响.     

应用极化水分子模型研究单分子层受限水的介电性质

受限条件下水的介电性质因测量极具挑战,其在诸多电化学过程与反应输运过程中如何扮演关键角色从未被定量地澄清.本工作利用平衡态分子动力学模拟和受限体系介电性质计算方法,系统性地探索了0.65 nm限域尺寸、5×10⁸ Pa限域压强、不同温度条件下单分子受限冰和受限水的介电性质.详细比较了恒定偶极矩SPC/E水分子模型和可极化的SWM4-NDP水分子模型在描述受限冰、水结构与介电性质上的优劣势,包括统计分析SWM4-NDP模型模拟的单分子层受限水和受限冰的瞬时分子偶极矩概率密度分布,计算每个模拟体系的静态结构因子、静态偶极空间关联函数、静态介电常数、体系偶极时间关联函数和德拜弛豫时间.首次发现了极化水分子模型描述的低维度受限水和受限冰的奇异分子极性变化,并观察到两种模型描述静态结构性质的效果相当,SWM4-NDP模型对于静态介电常数描述的优势会因受限条件的增强而被大幅削减.但在受限水介电极化弛豫动力学性质描述上SWM4-NDP模型明显优于SPC/E模型.我们推断SWM4-NDP模型在探索受限水结构相变动力学以及受限体系离子输运和溶剂化动力学等过程的模拟研究中是比SPC/E模型更好的选择.本工作将在进一步开展基于受限水系统储能、传感、输运的设计工作中提供一定的理论指导意义.     

“拟双子”阴离子表面活性剂在癸烷/水界面的分子动力学模拟

采用全原子分子动力学模拟方法研究了壬基酚取代的系列烷基磺酸盐表面活性剂在癸烷/水界面的微观聚集行为,通过分析界面厚度、界面生成能和界面张力以及表面活性剂分子与水分子之间的径向分布函数和配位数,讨论了不同磺烷基链长度对壬基酚基取代烷基磺酸盐表面活性剂界面性质的影响.结果表明,磺烷基链长为12时,表面活性剂的界面张力最低,界面厚度和界面生成能最大.     

限制在疏水板中的新的六边形-四边形三层冰结构

对限制在两个光滑的疏水板间的水进行了分子动力学模拟,观察到了两种晶体结构,都满足冰规则．在1GPa的压强和1．0nm的板间距下获得的新的冰相是平坦的六边形-四边形三层冰．在此结构中,靠近板的两层（外层）中的水分子形成六边形环,中间层的水分子形成四边形环．对于外层的水分子,其四个氢键中的三个在同一层中,另一个氢键与中间层连接．对于中间层的水分子,四个氢键中的两个在同。层中,而另外两个氢键与两个不同的外层相连．虽然三层的形状不同,但其面密度却接近相等．另一种结构是在0．8nm的板问距和100MPa的侧向压下获得的平坦的六边形双层冰．模拟中的相变既有一阶相变,也有连续相变．