室温离子液体的分子动力学模拟

室温离子液体作为一种新型的反应介质正在受到人们的关注,近十年来成为了化学领域的研究热点。随着人们对离子液体结构与性质研究的不断深入和计算方法的快速发展,分子模拟已是研究离子液体的结构和性质的有力工具。本文介绍了分子动力学(molecular dynamics,MD)的基本原理,分子力场的种类,以及离子液体分子动力学模拟一般采用的AMBER、OPLS和CHARMM三种力场的构建形式。综述了近年来纯组分离子液体、混合组分离子液体分子动力学模拟方法研究取得的成果和最新进展,并分析了主要存在的问题。展望了离子液体分子动力学模拟的研究方向和前景,同时还提出了包含极化作用和静电远程作用的离子液体分子动力学模拟研究的基本思路。     

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.     

离子液体的量化计算及分子动力学模拟研究进展

离子液体是由有机阳离子和无机/有机阴离子构成的盐类,一般在室温或接近于室温下呈液态,因此常被称为室温离子液体(RTIL).依据不同的划分标准,离子液体有多种分类方式:根据年代的不同可将离子液体分为第一代、第二代及第三代离子液体,例如:烷基咪唑和烷基吡啶的金属卤化物盐等[1];根据阳离子的不同可将离子液体分为季鏻     

纳米器件的分子动力学模拟

分子动力学广泛应用于分子体系, 但受限于计算能力, 一般难以用于纳米器件的研究. 本文采用自主开发的超大规模分子动力学仿真程序(NanoMD), 构建了原子级的纳米齿轮模型, 并以此为代表实现了对具有高速转动特性的纳米器件的模拟. 通过位错和缺陷分析, 确定了纳米器件在高速转动过程中的应力分布以及失效机制, 并明确了以极限弹性转速为依据的材料强度衡量模式. 研究发现纳米器件在极限转速方面存在明显的尺寸效应: 随着器件直径的减小而单调增大, 随着轴径的缩小而先增大后减小.     

离子液体[emim]Br熔点的分子动力学模拟

运用分子动力学模拟, 采用直接加热法和微正则(NVE)系综法计算离子液体[emim]Br的熔点, 以期获得较好的熔点预测方法. 直接加热法通过分析体系的非键合能、密度、径向分布函数、扩散系数和平动序参数随温度的变化关系判断熔点; NVE系综法则通过获得固液共存体系判断熔点. 直接加热法中, 体系易出现过热问题; NVE系综法则能有效克服过热问题, 是在模拟研究中应优先选择的离子液体熔点预测方法.     

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.     

分子动力学模拟纳米晶体银的结构和性能

通过分子动力学方法,采用以局域密度（LDA）近似和二阶动量矩（SMA）近似为基础的多体势函数,模拟了纳米面心立方晶体银的结构,对模拟的结果进了不同尺寸的纳米晶体的能量分布,弹性常数,表面能及熔点等计算,并与相应的实验结果进行了比较,结果表明采用此多体势函数模拟纳米晶体的结构和性能,比用其它势函数更精确,与实验结果更吻合。     

高分子纳米复合材料拉伸及压缩的分子动力学模拟

利用高分子-纳米粒子粗粒化模型,对高分子纳米复合材料(polymer nano-composites,PNC)的拉伸、压缩及平衡态过程进行分子动力学模拟研究.通过模拟PNC的拉伸及压缩过程,研究纳米粒子大小、质量分数对PNC力学性能的影响及拉伸、压缩过程中PNC体系微观交联网络的变化.在纳米粒子表面积或质量分数相同的情况下,小尺寸纳米粒子对PNC的力学性能增强效果更显著.对于含有质量分数不同的小尺寸纳米粒子的PNC体系,随纳米粒子质量分数增加,其力学性能增强,但增强程度逐渐减弱,且对于拉伸过程的材料增强效应,纳米粒子的质量分数存在最优值.在PNC体系中存在高分子-高分子(polymer-polymer)、高分子-纳米粒子(polymer-NP)2种微观交联网络,拉伸及压缩过程中PNC体系中2种微观交联网络的变化趋势不同,PNC拉伸及压缩产生应力的微观机制也相应有所不同.此外,对含质量分数不同的小尺寸纳米粒子的PNC平衡态过程的模拟研究表明,PNC体系中2种微观交联网络的比例直接影响其力学性能的变化,而纳米粒子的聚集则会降低PNC的力学性能增强效果.     

双层铜金属薄膜纳米压痕机械性能的分子动力学模拟

多层金属薄膜的机械性质在纳米组件的设计上是非常重要的.目前,纳米尺度材料的机械性质测量的最主要方法为纳米压痕检测技术.本文应用分子动力学理论对双层铜金属薄膜界面的结构形态与特性进行分析探讨.选用FCC结构单晶铜的(100)面,(110)面和双层铜金属薄膜作为探讨界面性质的材料,进而探讨了单晶铜及双层铜金属薄膜的纳米压痕变形性质.     

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．     

CO2/离子液体体系热力学性质的分子动力学模拟

超临界CO2和离子液体(ILs)是两种绿色溶剂. 离子液体可以溶解超临界CO2, 而超临界CO2不能溶解离子液体. 由此设计构成的CO2/IL二元系统, 同时具备了超临界CO2和离子液体的许多优点: 既可以降低离子液体的粘度, 还便于相分离, 是新型的耦合绿色溶剂. 其物理化学性质对于设计反应、分离等过程非常重要. 因此, 本文以CO2/IL二元系统为研究对象, 通过选择合适的分子力场和系综, 运用分子动力学(MD)模拟方法研究了CO2/[bmim][PF6]、CO2/[bmim][NO3]等体系的热力学性质. 结果表明, CO2对ILs膨胀度的影响非常小, 当CO2摩尔分数为0.5时, ILs膨胀仅为15%. CO2/ILs的扩散系数远小于CO2膨胀甲醇、乙醇溶液的扩散系数. 随着CO2含量的增加, ILs的扩散系数提高, 粘度显著下降, 表明CO2能有效地改善ILs扩散性, 减小其粘度. 因此CO2可用以改善离子液体溶剂体系的传递特性, 增强反应分离过程在其中的进行.     

硅酸盐岩石微孔中流体混合物扩散系数的分子动力学模拟

用计算机模拟研究了受限于硅酸盐岩石微孔中等摩尔氩氪流体混合物的扩散系数.为验证程序的正确性,分别将宏量条件下氩和氪的分子动力学模拟值与文献实验值进行了比较.然后,对受限于硅酸岩平板壁面中氩氪流体混合物的扩散系数进行了模拟计算.根据计算结果提出了五个不同对比壁间距下氩氪混合流体扩散系数的经验模型,这些模型可应用于工业估算.     

Molecular Dynamic Simulation of Side-Chain Liquid Crystalline Elastomer

Summary: Molecular dynamic simulation of side chain liquid crystalline elastomer has been carried out. As an initial state a flexible polymer network in a low molecular liquid-crystal (LC) solvent was used. The LC solvent comprises of anisotropic rod-like semiflexible linear molecules (mesogens) composed of particles bonded into the chain by FENE potential. Rigidity of LC molecules was induced by a bending potential. All interactions between nonbonded particles are described by a repulsive Lennard-Jones potential. For the systems with different values of density and order parameter obtained after sufficiently long trajectory the attachment of ends of mesogens to the polymer network was simulated. The kinetic of the process of mesogens attachment to network was studied as well as morphology of attachment. The structural and dynamical behaviour of side chain LC elastomer was studied and compared with systems of polymer network in low molecular LC solvent.     

Predicting Glass Transition Temperature of Polyethylene/Graphene Nanocomposites by Molecular Dynamic Simulation

The glass transition temperature of polyethylene/graphene nanocomposites was investigated by molecular dynamic simulation. The specific volumes of three systems(polyethylene, polyethylene with a small graphene sheet and two small graphene sheets) were examined as a function of temperature. We found that the glass transition temperature decreases with increasing graphene. Then the van der Waals energy changes obviously with increasing graphene and the torsion energy also plays an important role in the glass transition of polymer. The radial distribution functions of the inter-molecular carbon atoms suggest the interaction between PE and graphene weakens with increasing graphene. These indicate that graphene can prompt the motion of chain segments of polymer and decrease the glass transition temperature (T_g) of polymer.     

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...     

液滴在超疏水植物叶面的沉积：实验和分子动力学模拟

农药液滴在靶标植物叶面的动态沉积对于提高农药利用率具有重要的意义,特别是在超疏水植物叶面的动态沉积。在本文中,我们利用生物基表面活性剂和甘油之间的氢键作用来增强液滴在超疏水植物叶面的有效沉积。在较低浓度的山梨醇-烷基胺表面活性剂溶液中,添加0.001%的甘油,可有效抑制液滴在不同超疏水/疏水植物叶片表面的弹跳和飞溅行为。结果表明,甘油的加入并没有显著改变山梨醇-烷基胺表面活性剂溶液的表面张力、粘度和聚集体的形态。核磁共振波谱(DOSY)显示,甘油加速了山梨醇-烷基胺表面活性剂分子的扩散速度。利用分子动力学模拟,对山梨醇-烷基胺表面活性剂/甘油体系的能量演化及表面活性剂相对于固体表面距离的分布进行了研究。这项目工作不仅为抑制液滴在植物叶面的弹跳飞溅提供了一种建设性的方法,而且为选择农用表面活性剂提供了理论基础。     

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.     

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．     

抗衡离子对硫酸盐表面活性剂气/液界面性质影响的分子动力学模拟

采用全原子分子动力学方法研究了抗衡离子为第一主族离子(Li⁺、Na⁺、K⁺、Rb⁺和Cs⁺)的十二烷基硫酸盐表面活性剂的气/液界面性质. 通过分析体系中各组分的密度分布曲线, 考察表面活性剂单分子层在界面的聚集形态, 并利用径向分布函数分析了表面活性剂极性头基与抗衡离子间的相互作用. 研究结果表明: 随着抗衡离子半径的增大, 不同体系的界面水层厚度依次增加, 表面活性剂极性头基与抗衡离子形成的Stern和扩散层厚度也相应增加. 但表面活性剂吸附层的抗衡离子缔合度以及体系表面张力却随抗衡离子半径的增大而减小. 研究表明抗衡离子的差异对十二烷基硫酸盐表面活性剂气/液界面性质有很大影响.