单个纳米粒子对聚合物结晶行为的影响

采用粗粒化模型,应用分子动力学方法研究了单个纳米粒子对聚合物结晶行为的影响.通过改变纳米粒子与聚合物单体之间作用方式(吸引作用或排斥作用)、纳米粒子与聚合物单体之间作用强度和聚合物分子链的长度,计算整个系统和局部区域的有序参数,研究了三个不同因素下纳米粒子对聚合物结晶行为的不同影响.研究表明,在聚合物基体中添加单个纳米粒子,纳米粒子对整个系统的结晶影响不明显,但是纳米粒子对其周围聚合物单体的结晶存在局部强化作用.当纳米粒子与聚合物单体之间为吸引作用且作用强度较大时,纳米粒子对聚合物结晶表现出明显的局部强化作用,聚合物分子链长度也有着一定的影响,在较大吸引作用强度下,长链样本比短链样本有着更为显著的局部强化作用.     

基于分子动力学模拟的主链型液晶聚合物的新模型

在传统的Gay-Berne (GB)/Lennard-Jones (LJ)模型的基础上，发展了一种用于模拟半刚性主链型液晶聚合物(LCP)的分子级模型，命名为Solo-LJ-SP-GB 模型.单一的LJ联合体和非线性弹簧被用于描述LCP分子中的间隔体.用分子动力学模拟半刚性主链型LCP系统(该系统由169条分子链组成，每两个刚性体之间的间隔体个数为6)时，该模型所需的计算时间不到传统的GB/LJ 模型所需时间的十分之一，大大地提高了计算效率.通过采用该模型模拟半刚性主链型LCP的相变问题，观察到了与半刚性主链型LCP分子中间隔体个数相关的热力学的奇偶效应以及从等方相到向列相的相转变过程.这些模拟结果与当前的试验结果相当符合，从而表明了该模型可以较为准确地描述出半刚性主链型LCP的结构特性. 关键词： Solo-LJ-SP-GB模型 液晶聚合物 分子动力学模拟     

低密度Ar熔化及结晶的分子动力学模拟

采用有位移力的ＬｅｎｎａｒｄＪｏｎｅｓ（１２－６）势对微正则系综下低密度Ａｒ系统（简约数密度为ρ＝０．８５）的一级相变过程进行了细致的分子动力学模拟,发现Ａｒ系统的熔化过程是原子的崩塌过程,结晶过程和理想的完整晶体不同,是一活化过程：形核长大过程随温度的降低进行,原来均匀分布在系统中的自由体积呈集中分布,由此系统达到了更稳定的结晶状态。     

不同小分子醇类对聚合物蓄冷剂影响的分子动力学模拟

聚合物蓄冷剂是一种新型蓄冷材料,目前对于其性质尤其是微观机理研究较少。本文在等温-等压系综下采用分子动力学模拟方法研究了不同小分子醇类(乙二醇、甘油、丙二醇)对聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙二醇(PEG)两种聚合物水溶液蓄冷剂在不同温度下的动力学特性,并从氢键分布与体系平衡态、径向分布函数、扩散系数等角度进行了分析。结果表明：温度对于蓄冷剂影响较大,温度越低,分子动能越小,分子运动越平缓,氢键结合力越大,体系黏度增大,扩散系数减小,有序性增强,进而完成由液相到固相的转变;在PEG-甘油–水体系中模拟相变温度为253.15 K附近,与实验值255.6 K吻合良好,当温度从293.15 K降至243.15 K时,PEG-乙二醇/甘油/丙二醇–水三种体系扩散系数分别降低了67.7%、69.1%、73.8%。研究结果对于筛选和制备高性能的复合蓄冷材料具有一定的参考价值和指导意义。     

熔融Rb2ZnCl4的分子动力学模拟研究

采用在RbCl模拟和ZnCl₂模拟中选用的两体有效势，进行了晶态和熔融态Rb₂ZnCl₄的分子动力学模拟.模拟给出了Rb₂ZnCl₄ 6种径向分布函数，Zn-Cl和Rb-Cl间径向分布函数与新近的广延X射线吸收精细结构实验结果很好相符.在模拟产生的瞬态构型基础上进行了键序参数分析，研究了晶态和熔融态中的局部结构.模拟结果表明，Zn原子与其近邻Cl原子构成相当稳定的正四面体结构，并且熔融Rb_关键词：     

聚合物分子与官能化纳米管相互作用及扩散特性的分子动力学模拟

用全原子分子动力学方法研究典型聚合物分子（PE,PEO和PP）与碳纳米管（CNT）及官能化碳纳米管（FCNT）界面的相互作用及扩散特性.动力学模拟显示：—CH₃官能团具有减弱CNT与PE和PP的相互作用,但是,—CH₃官能化后的CNT与PEO之间确有增强作用.分析含氧官能团（—OH和—COOH）官能化的CNT与PE,PEO和PP的相互作用,可知含氧官能团的确具有增强表面相互作用的功能,而且含氧原子越多,相互作用就越强.此外,—CH₃,—OH,—COOH官能化后的CNT与PE,PP和PEO体系的总能量均减少,而且能量满足—COOH < —OH < —CH₃.分析非键相互作用势（库仑能和范德瓦尔斯能）,可知库伦相互作用是增强界面相互作用的主要作用能.官能化后的CNT/PE,CNT/PEO,CNT/PP体系的扩散系数都明显减小,且扩散系数大小满足—COOH < —OH < —CH₃.     

分子动力学模拟技术在尿嘧啶分子中的应用

通过半经验势分子动力学模拟在（N,V,T）系统下计算出尿嘧啶分子中的每个原子随时间演化过程时的位置,速度,受力的大小、方向与键长,键角的变化。从而得到在目前由于技术等原因的限制而在实验当中很难或无法得到的相关粒子的微观数据。为更近进一步了解分子内部运动提供理论基础。     

分子动力学模拟技术在尿嘧啶分子中的应用

通过半经验势分子动力学模拟在(N,V,T)系统下计算出尿嘧啶分子中的每个原子随时间演化过程时的位置,速度,受力的大小、方向与键长,键角的变化.从而得到在目前由于技术等原因的限制而在实验当中很难或无法得到的相关粒子的微观数据.为更近进一步了解分子内部运动提供理论基础.     

GaAs晶体在不同应变下生长过程的分子动力学模拟

GaAs晶体的高质量生长对于制造高性能高频微波电子器件和发光器件具有重要意义.本文通过分子动力学方法对GaAs晶体沿[110]晶向的诱导结晶进行模拟,并采用最大标准团簇分析、双体分布函数和可视化等方法研究应变对生长过程和缺陷形成的影响.结果表明,不同应变条件下GaAs晶体的结晶过程发生显著变化.在初始阶段,施加一定拉应变和较大的压应变后,体系的晶体生长速率发生降低,且应变越大,结晶速率越低.此外,随着晶体的生长,体系形成以{111}小平面为边界的锯齿形界面,生长平面与{111}小平面之间的夹角影响固液界面的形态,进而影响孪晶的形成.施加拉应变越大,此夹角越小,形成孪晶缺陷越多,结构越不规则.同时,体系中极大部分的位错与孪晶存在伴生关系,应变的施加可以抑制或促进位错的形核,合适的应变甚至可以使晶体无位错生长.本文从原子尺度上研究GaAs的微观结构演化,可为晶体生长理论提供理论指导.     

金属Cu熔化结晶过程的分子动力学模拟

采用常温、常压分子动力学模拟技术,研究了在周期性边界条件下,由８６４个Ｃｕ原子构成的模型系统的熔化、结晶过程。原子间相互作用势采用ＥＡＭ势。模拟结果表明：在连续升温过程中,金属Ｃｕ在１５２０Ｋ熔化;以不同的冷速进行冷却,在较慢冷却条件下,液态Ｃｕ在１０１０Ｋ结晶;当冷速较快时,液态Ｃｕ形成非晶态。分析了升降温过程中熔体偶分布函数、原子体积、能量、ＭＳＤ随温度的变化特征。     

基于缠结微结构的非晶态玻璃态高分子材料屈服行为的分子动力学研究

非晶态玻璃态高分子材料作为结构材料在工程领域应用广泛,其机械力学性能特别是屈服变形行为受到热处理、加载应变率和环境温度的影响.采用分子动力学模拟方法研究非晶态玻璃态高分子材料不同工况下的单轴拉伸变形,基于分子链缠结微结构的概念,阐明了非晶态玻璃态高分子材料屈服和应变软化过程的内在变形机制.结果表明,拓扑缠结具有较为稳定的空间结构,难以发生解缠,决定了非晶态高分子材料屈服后的软化平台.由相邻分子链的局部链段相互作用形成的次级缠结在一定外界条件下可发生破坏或重新生成,次级缠结微结构及其演化是非晶态高分子材料发生屈服及软化的内在物理原因.     

分子动力学模拟方解石和白云石润湿性

利用分子动力学模拟研究油水分子在方解石和白云石表面的吸附,分析体系的平衡构型、相对浓度、径向分布函数和吸附能,研究方解石和白云石的亲水性并对比二者差异.根据油水分子吸附规律分析方解石/白云石-油水体系作用机理.研究表明：白云石-油水体系更易达到热力学稳定状态并且体系更加稳定;方解石和白云石表面均能够优先吸附水分子并在表面形成双层结构的水膜.其中,白云石表面对水分子吸附强度大于方解石;稳定吸附过程分为两步：范德华力、静电力和O（CaCO₃,CaMg（CO₃）₂）-H（H₂O）氢键共同影响下水分子向晶体表面移动并吸附形成紧密吸附层;O（H₂O）-H（H₂O）氢键作用下游离的H₂O向晶体表面靠近形成扩散层.从分子尺度解释方解石/白云石亲水特性,为碳酸盐岩储层润湿性研究奠定理论基础.     

一种模拟热导率的非平衡分子动力学方法

提出一种计算热导率的非平衡分子动力学(NEMD)方法,通过构造均匀内热源获得抛物线形温度分布,并基于Fourier导热定律计算热导率,与Müller-Plathe发展的反扰动非平衡分子动力学(RNEMD)方法相比,不仅具有能量动量守恒和收敛性好的优点,还克服了常规NEMD方法中热冷源区域存在局域热力学非平衡的问题,并有模拟系统温差影响小的特点.对液态氩的热导率进行模拟并与RNEMD方法的模拟结果进行对比.     

石墨狭缝中甲烷吸附的分子动力学模拟

用分子动力学模拟研究石墨狭缝中甲烷的吸附,考察狭缝宽度和温度对甲烷吸附的影响.模拟发现甲烷在石墨狭缝中出现分层现象,吸附层中甲烷具有类液特征,第一吸附层内甲烷中总有两个氢原子的连线与另外两个氢原子的连线分别位于平行于狭缝壁的两个平面内,游离层中甲烷呈现气体的特征;碳原子间的平均作用势说明吸附层中甲烷分子间结合能力大于游离层,吸附态是甲烷在石墨狭缝中的主要赋存形式之一;伦敦力以及由吸附层净电荷产生的电场力是甲烷吸附和分层的主要原因;甲烷的吸附量随狭缝宽度增大或温度升高而减少,当狭缝宽度小于16.46Å时,甲烷仅以吸附形态存在.甲烷在第一吸附层中的扩散能力最弱、游离层中最强,甲烷扩散系数随狭缝宽度的增大或温度的升高而增大.     

Parallel Discrete Molecular Dynamics Simulation With Speculation and In-Order Commitment

Discrete molecular dynamics simulation (DMD) uses simplified and discretized models enabling simulations to advance by event rather than by timestep. DMD is an instance of discrete event simulation and so is difficult to scale: even in this multi-core era, all reported DMD codes are serial. In this paper we discuss the inherent difficulties of scaling DMD and present our method of parallelizing DMD through event-based decomposition. Our method is microarchitecture inspired: speculative processing of events exposes parallelism, while in-order commitment ensures correctness. We analyze the potential of this parallelization method for shared-memory multiprocessors. Achieving scalability required extensive experimentation with scheduling and synchronization methods to mitigate serialization. The speed-up achieved for a variety of system sizes and complexities is nearly 6× on an 8-core and over 9× on a 12-core processor. We present and verify analytical models that account for the achieved performance as a function of available concurrency and architectural limitations.     

带孔洞的金属拉伸的分子动力学

在不同负静压下对中心带有一个球形孔洞的面心立方金属铜进行分子动力学模拟,从晶体的形变,原子分布示意图,径向分布函数等方面进行讨论.发现在弱的负压下,孔洞及材料作弹性变形,超过一定阈值时出现塑性变形,并在局部出现相变.在极强的负压下,材料断裂.随拉伸应力的增加,材料经历弹性均匀拉伸——局部fcc到hcp的相变及缺陷的产生——缺陷积累产生微裂纹或空洞——材料断裂的过程.     

超高压水的分子动力学模拟

 采用平衡分子动力学（EMD）方法,模拟研究了温度范围为243~348 K、压强范围为0.1~400 MPa条件下水的热力学性质、结构和动力学性质,模拟结果与实验值吻合较好。模拟结果表明,随着压强的增大,水分子间的氢键作用增强,扩散系数减小;随着温度的升高,水分子间的氢键作用减弱,有序程度下降,扩散系数增大。但在过冷水中,扩散系数随压强的增大有增加的趋势。     

超临界水中硫酸钠结晶动力学的分子动力学模拟

在超临界水反应器中，硫酸钠是易造成堵塞的一种常见无机盐，研究其结晶动力学对于防盐沉积反应器的设计具有重要意义.本文采用LAMMPS分子动力学模拟软件研究硫酸钠在超临界水中的微观结晶过程，其中水分子采用SPC/E模型，离子-离子、离子-水分子相互作用采用Coulumb和Lennard-Jones联合势能函数.结果表明：水对离子的静电屏蔽作用随温度升高而增强、随密度减小而减弱；增大超临界水的温度和密度有利于离子扩散，进而促进离子相互碰撞、成核；在模拟的超临界水参数范围内，其成核速率的数量级为10²⁹cm^-3·s^-1，生长速率为(19.8~25.8) m·s^-1.     

纳米通道壁面晶面结构对吸附影响的分子动力学模拟

本文采用分子动力学方法,模拟了流体在晶面结构为FCC100、FCC110、FCC111壁面上的吸附现象,结果表明壁面结构对粒子的吸附有较大的影响.在相同的条件下,三种晶面结构的吸附区产生的吸附作用力不相同,FCC110结构壁面的吸附粒子更贴近壁面,FCC111结构壁面吸附的粒子最多.在纳米尺度下定义壁面相对光滑度来表征...     

非对称半结晶两嵌段共聚物的微相分离与结晶行为的模拟退火研究

利用模拟退火方法研究非对称半结晶两嵌段共聚物熔体分别在弱分离和强分离条件下的结晶过程.考察微相分离作用和结晶作用的相对强度对柱状组成的两嵌段共聚物平衡形态的影响.研究结果表明,当嵌段间的相互排斥作用较弱时,结晶便破坏了柱状畴;当此相互作用足够强时,结晶过程可以有效地被限制在熔体微相分离所形成的柱状畴内.另外,介于上述两种情形之间还存在一个模板区域,此时熔体形成的柱状畴大部分被保留下来,但在局部会变形或连通.这些结果和文献报道的实验结果一致.当嵌段间的相互排斥作用非常强时,结晶被抑制,微相分离主导最终形态,观察到了非晶态结构.