十二烷基苯磺酸钠在SiO2表面聚集的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在无定形SiO2固体表面的吸附.设置不同的水层厚度,观察同液界面和气液界面吸附的差异.模拟发现表面活性剂分子能够在短时间内吸附到SiO2表面,受碳链和固体表面之间相互作用的影响形成表面活性剂分子层,并依据吸附量的大小形成不同的聚集结构;在水层足够厚的情况下,由于有较多的表面活性剂分子吸附在固体表面,从而形成带有疏水核心的半胶束结构;计算得到的成对势表明极性头与钠离子或水分子之间的结合或解离与二者之间的能垒有关,解离能垒远大于结合能垒,引起更多Na+聚集在极性头周围而只有少数Na+存在于溶液中;无论气液还是固液界面,极性头均伸向水相,与水分子形成不同类型的氢键.模拟表明,分子动力学方法可以作为实验的一种补充,为实验提供必要的微观结构信息.     

阴离子表面活性剂在油水界面聚集的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了油、水和阴离子表面活性剂组成的混合溶液从初始“均相”到“油水两相”分离的动力学过程, 研究了十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在界面分离过程中的作用. 模拟发现, 油水两相能够在短时间内分离达到平衡, 形成一个明显的油水界面; 在SDBS存在情况下, 油水界面的分离时间随着SDBS浓度的增加逐渐增加, 达到平衡时SDBS会在界面处形成一个明显的界面膜, 并对油水界面处的水分子有限制作用. 模拟表明, 分子动力学方法可以作为实验的一种补充, 为实验提供必要的微观分子结构信息.     

纳米通道内混合气体流动的分子动力学模拟

采用非平衡分子动力学方法, 模拟了混合气体在纳米通道中的Poiseuille流动. 结果显示气体混合物的化学成分与物理结构不再均匀一致, 随着亲水性气体粒子的减少, 亲水性粒子逐渐被吸附于壁面, 而疏水性粒子主要分布于通道中间. 当亲水性粒子为10%时, 混合气体在壁面处形成有序的“类固体”. 在本文的模拟条件下, 流体速度分布显示混合气体流动速度随着疏水性粒子比例的增加而升高; 同时, 混合气体滑移速度也从负滑移速度逐渐转变为正滑移速度.     

十二烷基苯磺酸钠在SiO2表面聚集的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)在无定形SiO2固体表面的吸附. 设置不同的水层厚度, 观察固液界面和气液界面吸附的差异. 模拟发现表面活性剂分子能够在短时间内吸附到SiO2表面, 受碳链和固体表面之间相互作用的影响形成表面活性剂分子层, 并依据吸附量的大小形成不同的聚集结构; 在水层足够厚的情况下, 由于有较多的表面活性剂分子吸附在固体表面,从而形成带有疏水核心的半胶束结构; 计算得到的成对势表明极性头与钠离子或水分子之间的结合或解离与二者之间的能垒有关, 解离能垒远大于结合能垒, 引起更多Na+聚集在极性头周围而只有少数Na+存在于溶液中; 无论气液还是固液界面, 极性头均伸向水相, 与水分子形成不同类型的氢键. 模拟表明, 分子动力学方法可以作为实验的一种补充, 为实验提供必要的微观结构信息.     

基于分子动力学模拟的TRPM8通道门控特性分析

TRPM8通道的温度感知等生理功能依赖于正常的门控, 但现有晶体结构中S6跨膜螺旋C末端形成的门控结构存在氨基酸缺失, 所以其门控特性未能揭晓. 本文基于已有的晶体结构和AlphaFold算法构建了 11个完整不同构象的TRPM8通道, 发现其S6跨膜螺旋C末端构成的门控存在回环和螺旋2种构象. 在回环构象中, 多个氨基酸参与形成阻碍离子通透的孔道区; 而在螺旋构象中, 仅有关键氨基酸V956发挥门控作用. 由于回环构象的柔性大于螺旋构象, 导致回环构象参与阻碍离子通透的关键氨基酸构象和数量变化多样. 二级结构预测与模建结果表明, S6跨膜螺旋C末端存在回环构象向螺旋构象的转变, 此过程中柔性的回环构象结构域向胞外侧上移, 关键氨基酸向孔道衬外扭转, 增强了与相邻跨膜螺旋S5的相互作用以及S5与TRP螺旋之间的相互作用, 进而形成刚性、 稳定且有序的螺旋构象. 这增加了TRPM8通道各结构域间的协同性, 使能量信息更高效地传递到门控结构域, 为TRPM8通道开启蓄势.     

麋鹿朊蛋白结构稳定性的分子动力学研究

朊蛋白病是一种致命且具有高度传染性的神经退行性疾病.糜鹿是目前已经报道的哺乳类动物中较易发生朊蛋白病的物种之一.作者使用分子动力学和操控式分子动力学模拟相结合的方法对糜鹿正常朊蛋白的结构稳定性进行了研究.发现了麋鹿朊蛋白结构中的不稳定结构域分布以及热动力学性质,揭示了糜鹿朊蛋白稳定性的分子结构基础以及力学特征.     

自组装的分子动力学模拟

简要回顾了近年来国内外分子动力学模拟自组装的研究,对已报道的建模方法、可视化表现以及相关应用略作概述,并以此为基础对自组装过程的分子动力学模拟研究所面临的问题和尚需深入的内容进行了讨论。基于自组装、相变和涨落的固有联系,提出了以研究波动为手段,和以频率相关热容为研究对象的探索方向。希望能够为分子动力学模拟推动自组装研究提供有益的参考。     

ZnCl2熔盐的分子动力学模拟

近年来，若干作者根据几种粒子间函数，对ZnCl2熔盐结构做过分子动力学模拟［1－3］其出的Zn－Cl和Cl－Cl离子间的偏径向分布函数与中子衍射实测值符合较好，但Zn－Zn离子间距以及Zn－Zn间配位数计算值多偏高．鉴于Busing势函数在多价卤化物馆盐的分子动力学计算中应用效果较好[4],我们试用Busing势函数为基础对ZnCl2熔盐结构和能量做分子动力学计算．1研究方法计算所用粒子势为Busing势函数此处，Zi为离子的电行数（ZZn。＋＝2，Zcl－＝1），几；是离子有效半径，人为＊离子的“硬度”参数·据文献问，f二0．005071，尸zn。十二0．…     

对高分子体系进行分子动力学模拟方法的研究

以单链聚乙烯为例,研究了多种对高分子体系进行分子动力学模拟的方法.结果表明,不同的力场条件可以导致明显不同的结果.在使用OPLS力场的真空条件下.在100K体系出现了玻璃化现象,在200和300K条件下体系出现了局部结晶现象,而在400和500K体系出现了熔化现象.在给定体系中加入周期性边界和在300K下进行分子动力学模拟,无序和结晶状态都具有一定的稳定性.     

木聚糖热解过程的分子动力学模拟

采用Hyperchem聚合物构建软件和半经验方法建立并优化木聚糖分子结构模型,得到木聚糖分子链的结构参数。基于Amber力场,采用周期性边界条件,在300~1 300 K,模拟研究了聚合度为9的木聚糖链热解过程。结果表明:当温度为550 K时,木聚糖分子链上的木糖苷键发生断裂,同时羟基脱落;当温度升高到650 K时,木聚糖吡喃环上的C—O键发生断裂,之后相应发生C—C键断裂。模拟得到木聚糖链热解的主要断裂基团,并分析了基团碎片可能对应的产物以及木聚糖主要裂解产物2-糠醛、乙醇醛、丙酮醇、二氧化碳、一氧化碳的生成机理。     

金属Ni熔化前后结构变化的分子动力学模拟

使用Tight-binding势函数, 对FCC-Ni升温熔化过程的结构变化进行了分子动力学模拟. 在定压条件下模拟得到的Ni的熔点在1850 K与1900 K之间. 计算得到了体系在各温度下的径向分布函数和配位数分布等静态结构信息以及动力学性质. 计算得出的液体Ni的扩散系数在1900 K时约为5.02×10−9 m2•s−1, 与实验数据相符. 对液态体系中FCC短程有序结构可能发生的畸变以及由此导致的H-A键型变化进行了分析, 结合配位体构型搜索和键对分析方法计算了各温度下不同短程有序结构的分布. 计算表明, Ni在熔化之后仍保留有部分晶态短程结构, 但发生了较大的畸变, 同时液态中有少量的缺陷二十面体结构存在. 而液体Ni中大多数的配位体的几何构型介于FCC与缺陷二十面体之间.     

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.     

高分子/棒状纳米粒子复合物的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学模拟研究了剪切场下棒状纳米粒子对高分子基体的结构、 动力学和流变性质的影响. 通过比较多种体积分数(0.8%~10%)的纳米复合物及纯熔体的模拟结果发现, 随着纳米粒子的增加, 高分子链的扩散和松弛逐渐受到抑制, 而链尺寸几乎保持不变. 从Weissenberg number(W_i)角度看, 在剪切流场下, 高分子链的结构性质(如归一化的均方回转半径、 回转张量和取向抑制参数)几乎与纳米粒子的体积分数无关, 而高分子链的Tumbling运动受到抑制. 研究还发现, 纳米复合物与纯熔体的剪切黏度曲线趋势基本一致, 即W_i=1将曲线分为平台区和剪切变稀区. 纳米棒的加入仅定量地改变了流体的剪切黏度.     

超临界水的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)模拟的方法对超临界条件下水的结构及扩散性质进行了研究.模拟结果表明超临界条件下水分子之间的氢键作用明显减弱,分子极性大大降低.扩散性质与常温下相比,其大小约上升了两个数量级.     

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.     

Molecular Dynamics Simulation of Typical Molecular Ferroelectrics based on Polarized Crystal Charge Model

Molecular ferroelectrics are a promising class of ferroelectrics, with environmental friendliness, flexibility and low cost. In this work, a set of characteristic molecular ferroelectrics are simulated by molecular dynamics (MD) with polarized crystal charge (PCC). From the simulated results, their ferroelectric switching mechanisms are elucidated, with their ferroelectric hysteresis loops. The PCC charge model, recently developed by our group, containing the quantum electric polarization effect, is suitable in nature for studying molecular ferroelectrics. The simulated systems include the typical molecular ionic ferroelectrics, di-isopropyl-ammonium halide (DIPAX, X=C (Cl), B (Br), and I), as well as a pair of newly validated organic molecular ferroelectrics, salicylideneaniline and (-)-camphanic acid. In total, there are five systems under investigation. Results demonstrate that the PCC MD method is efficient and reliable. It not only elucidates the ferroelectric switching mechanism of the studied molecular ferroelectrics, but also extends the application range of the PCC MD. In conclusion, PCC MD provides an efficient protocol for extensive computer simulations of molecular ferroelectrics, with reliable ferroelectric properties and associated mechanisms, and would promote further exploration of novel molecular ferroelectrics.     

气体在无定型聚异戊二烯中扩散的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了多个温度下氧气、氮气及甲烷在无定型顺式1,4-聚异戊二烯中的扩散系数。在模拟过程中,使用COMPASS力场作为分子力场。应用COMPASS力场的势能函数,聚合物的密度及玻璃化转变温度的计算结果与实验值有较好吻合。在278-378 K的温度范围内,通过3或1.5 ns时长的正则系综动力学模拟,计算了不同温度下氧气、氮气及甲烷的扩散系数。结果表明,根据爱因斯坦关系式计算得到的扩散系数与实验结果比较接近。对气体扩散系数与温度的关系进一步研究,发现在278-378 K温度范围内,甲烷的扩散系数随温度变化的半对数曲线图是非线性的,而氧气和氮气的扩散系数随温度变化的半对数曲线图是线性的。本文研究结果有助于理解温度对气体扩散的影响机制,并为高温下气体在天然橡胶中扩散系数的测定及天然橡胶热氧老化建模分析提供依据。     

高压下MgO熔化特性的分子动力学模拟

Molecular dynamics simulation was used to study the melting of MgO at high pressures. The melting temperature of MgO was accurately obtained at elevated temperature and high pressure after corrections based on the modern theory of melting. The calculated melting curve was compared with the available experimental data and other theoretical results at the pressure range of 0-135 GPa. The corrected melting temperature of MgO is in good agreement with the results from Lindemann melting equation and the twophase simulated results below 15 GPa.     

贵金属Au的液态结构分子动力学模拟

用分子动力学模拟方法在1573－200K的温度范围内对液态Au的微正则系综进行了模拟研究。模拟采用或嵌原子相互作用势对时间和空间的平均，得到了不同温度下Au的润分布函数及原子组态变化的重要信息，并利用键对分析技术对模拟结果作了深入讨论．