Ar—Kr溶液扩散系数的分子动力学模拟及其与温度的关系

用分子动力学模拟方法研究确定Ａｒ－Ｋｒ溶液的自扩散系数Ｄ１、Ｄ２和互扩散系数Ｄ１２以及它们随温度变化的规律。结果表明，分别用Ｇｒｅｅｎ－Ｋｕｂｏ法和Ｅｉｎｓｔｅｉｎ法得到的扩散系数在数值上一致；该溶液的３种扩散系数均满足Ｄ＝Ｄ０ｅ＾Ｅ／ＲＴ关系。     

液铜快速冷却过程微观结构演变的计算机模拟

利用计算机模拟了在周期性边界条件下由500个原子构成的液态Cu模型系统以 4.2 * 10~(13) K/s的速率快速凝固的全过程。模拟在FS相互作用势的基础上，通 过双体分布函数、键对分析技术、键取向序等多种方法，对液Cu快冷凝固过程的微 观结构转变特性作了分析，给出了连续快速冷凝过程中液Cu原子间依靠相互作用力 形成的独特的微观结构图像。模拟结果重现了实验值，且表明在快速冷却过程中液 Cu没有形成body center cubic结构的倾向。     

Dynamics Studies on Molecular Diffusion in Zeolites

1 INTRODUCTION Zeolites have attracted much attention in both scientific and industrial areas for their special characteristics and multiple uses. Zeolites are composed of TO4 (T = Si, Al, Ga, P, etc.) tetrahedra which are connected with each other by sharing oxygen atoms to produce a complex and repetitive three-dimensional atom network with regular molecular dimension cavities joined by channels. Shape selectivity is the most important property of zeolites. Combined with the possib…     

核糖核酸酶Sa表面水和尿素分子的分布和动力学行为的分子动力学模拟

利用分子动力学模拟研究了在不同尿素浓度下,核糖核酸酶Sa(RNase Sa)表面水和尿素分子的分布和动力学行为。 结果表明,尿素分子可与RNase Sa酶形成较强的相互作用,并取代其表面的水分子而富集在蛋白质表面。 尿素分子更倾向与RNase Sa酶的疏水残基作用,与RNase Sa酶主链形成氢键的能力更强。 尿素分子的平动和转动远远慢于水分子的平动和转动。 RNase Sa酶表面水分子的平动和转动随着尿素浓度增加而逐渐变慢,但RNase Sa酶表面尿素分子的动力学并不依赖于尿素浓度变化。 本研究中明晰的RNase Sa酶表面水和尿素分子分布和动力学有助于理解水和尿素分子对蛋白质稳定性的影响。     

硝酸酯增塑剂力学性能和界面相互作用的分子动力学模拟

运用分子动力学(MD)方法, 模拟研究了硝化甘油(NG)及其与硝化三乙二醇(TEGDN)组成的硝酸酯增塑剂的低温力学性能. 结果表明, NG/TEGDN混合体系较NG单组分体系的刚性减弱, 延展性和各向同性增强. 结合能计算和径向分布函数分析揭示了混合型硝酸酯增塑剂组分之间的相互作用及其本质.     

分子动力学模拟苯和萘在超临界二氧化碳中的无限稀释扩散系数

采用球型模型和点位-点位模型对超临界二氧化碳的自扩散系数及苯或萘在超临界二氧化碳中的无限稀释扩散系数进行了分子动力学模拟。结果表明,球型模型及点位-点位模型均可较准确地预测二氧化碳的自扩散系数,球型模型因形式简单,准确度相对较差;点位-点位模型准确度虽高,但需较长的模拟机时。两种位能模型所获得的准确度相当,但点位-点位模型可以更精细地反映体系的微观结构。     

ITQ-3分子筛中二元混合分子扩散性质的模拟

采用平衡分子动力学方法先是模拟研究了纯组分Ar、SF_6以及CF4在ITQ-3分子筛中的扩散行为,结果表明,在窄孔道中Ar的扩散系数随负载的增加呈现先增加再减小的变化趋势,在宽孔道中则随负载逐渐减小。纯组分的大分子SF_6以及CF4只在y方向扩散,扩散系数与小分子在z方向的变化规律一致。随后,又模拟了二元混合组分SF_6和CF4在ITQ-3分子筛中的扩散行为,模拟结果与各自纯组分SF_6和CF4进行了对比,发现二元混合的SF_6和CF4整体变化趋势与其单组分保持一致,在y方向的扩散系数都是随着负载的增加而先增大后减小,但是两者之间还存在一种相互作用,使得在整个负载范围内扩散较快的CF4的扩散系数比纯组分的扩散系数相对小一些,而纯组分时扩散相对缓慢的SF_6在二元混合中的扩散系数则相对增大。     

Molecular Dynamics Simulations of Ethene Diffusion in Orthorhombic and Monoclinic MFI

运用分子动力学（ＭＤ）模拟研究了３００Ｋ下乙烯在正交晶系和单斜晶系ＭＦＩ中的吸附、极化和扩散行为，获得了温度、能量、分子扩散速度、分子与沸石骨架间的相互作用、分子在沸石孔道中的吸附能以及分子的偶极矩等计算结果；同时发现，分子在直孔道和Ｚ型孔道的交叉部位的边界处极化最大，且在交叉部位的中心区域处出现的几率最大．     

表面活性剂溶液行为的粗粒化模拟

分子动力学模拟技术目前已经成为了研究表面活性剂有序聚集体的不可或缺的工具之一。近几年来,粗粒化模拟方法克服了传统的介观模拟和精细力场模拟的缺点,既能够重现自组装体系的热力学或者结构方面的信息,又极大地拓展了模拟体系所能达到的空间和时间尺度,逐渐成为了计算领域的一个热点。本文综述了近几年来表面活性剂粗粒化分子动力学模拟的最新发展状况,分别就不同粗粒化模型的建模策略、作用势能表达、参数拟合和模型评价等问题作了详细的介绍,并通过实例说明了粗粒化力场对表面活性剂体系的适用性。在此基础上,指出了发展粗粒化力场过程中所面临的一些关键性问题,这对于表面活性剂溶液行为的粗粒化模拟具有重要的意义。     

DMF水溶液的分子动力学模拟

采用Optimized Potertials for Liquid Simulations-All Atom(OPLSAA)模型 对298.15K N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的水溶液进行了分子动力学模拟，确定了溶液 的径向分布函数，统计了不同浓度的DMF水溶液中各形态氢的比例分数，并对该温 度下的1HMIR数据进行了预测，结果与实验值吻合较好．模拟结果表明：选用的 OPLSAA从模型是可靠的，它能反映DMF水溶液体系本质的势能．     

腐蚀介质在缓蚀剂膜中扩散行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,从缓蚀剂膜阻碍腐蚀介质粒子(H2O、H3O+和HCO3-)向金属表面扩散的角度,研究了4种1-R1-2-十一烷基-咪唑啉缓蚀剂(R1:羧甲基(A),羟乙基(B),氨乙基(C),氢(D))抑制碳钢CO2腐蚀的缓蚀机理,并对其缓蚀性能进行了理论评价.腐蚀介质粒子在不同缓蚀剂膜中的扩散系数、粒子与膜的相互作用能以及膜的自扩散性能的计算结果表明:4种缓蚀剂均可形成稳定的缓蚀剂膜,能有效阻碍腐蚀介质粒子向金属表面的扩散,达到抑制或延缓腐蚀的目的;随亲水支链(R1)极性的增加,缓蚀剂膜对腐蚀介质粒子扩散行为的抑制能力逐渐增强;同种缓蚀剂膜对正负离子H3O+和HCO3-比对中性的H2O分子具有更强的扩散抑制能力.综合计算及分析结果,4种缓蚀剂缓蚀性能的理论评价结果为ABCD,与文献实验结果吻合.     

Penetration and Displacement Behavior of N2 in Porous Interlayer Structures Containing Water/Salt Component by Molecular Dynamics Simulation

The penetration and displacement behavior of N₂ molecules in porous interlayer structures containing a water/salt component with porosities of 4.29%, 4.73%, 5.17%, 7.22%, and 11.38% were explored using molecular dynamics simulations. The results demonstrated that the large porosity of the interlayer structures effectively enhanced the permeation and diffusion characteristics of N₂. The water and salt in the interlayer structures were displaced during the injection of N₂ in the porosity sequence of 4.29% < 4.73% < 5.17% < 7.22% < 11.38%. The high permeance of 7.12 × 10⁻⁶ indicated that the interlayer structures with a porosity of 11.38% have better movability. The strong interaction of approximately 15 kcal/mol between N₂ and H₂O had a positive effect on the diffusion of N₂ and the displacement of H₂O before it reached a stable equilibrium state. The distribution of N₂ in porous interlayer structures and the relationship between the logarithm of permeability and breakthrough pressure were presented. This work highlighted the effects of porosity on the permeability and diffusion of N₂/H₂O in the interlayer, thus providing theoretical guidance for the development of petroleum resources.     

水溶性聚合物与硬石膏晶体相互作用的分子动力学模拟

用分子动力学(MD)方法, 模拟计算了6种水溶性聚合物阻垢剂{聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)、丙烯酸-丙烯酸甲酯共聚物[P(AA-co-MAE)]、丙烯酸-丙烯酸羟丙酯共聚物[P(AA-co-HPA)]、聚马来酸(HPMA)、丙烯酸-马来酸共聚物[P(AA-co-MA)]}与硬石膏晶体的相互作用. 结果发现, 聚合物与硬石膏晶体结合能的大小排序为P(AA-co-MA)＞HPMA＞P(AA-co-HPA)＞P(AA-co-MAE)＞PMAA＞PAA, 同种聚合物阻垢剂对硬石膏两晶面生长的抑制能力相差不大. 对体系各种相互作用以及对关联函数g(r)的分析表明, 体系结合能主要由库仑作用提供. 与硬石膏晶体结合的聚合物发生明显形变, 但形变能远小于体系的非键作用能. 聚合物中不同位置羧基的动力学行为差别很大, 链端羧基的运动翻转比链中部羧基剧烈得多, 因后者与硬石膏晶体的结合比前者牢固而能更有效地抑制垢晶体生长.     

Effect of Size and Temperature on Water Dynamics inside Carbon Nano-Tubes Studied by Molecular Dynamics Simulation

Water transport inside carbon nano-tubes (CNTs) has attracted considerable attention due to its nano-fluidic properties, its importance in nonporous systems, and the wide range of applications in membrane desalination and biological medicine. Recent studies show an enhancement of water diffusion inside nano-channels depending on the size of the nano-confinement. However, the underlying mechanism of this enhancement is not well understood yet. In this study, we performed Molecular Dynamics (MD) simulations to study water flow inside CNT systems. The length of CNTs considered in this study is 20 nm, but their diameters vary from 1 to 10 nm. The simulations are conducted at temperatures ranging from 260 K to 320 K. We observe that water molecules are arranged into coaxial water tubular sheets. The number of these tubular sheets depends on the CNT size. Further analysis reveals that the diffusion of water molecules along the CNT axis deviates from the Arrhenius temperature dependence. The non-Arrhenius relationship results from a fragile liquid-like water component persisting at low temperatures with fragility higher than that of the bulk water.     

圆柱形纳米孔道内受限溶液I2/Ar的分子动力学模拟研究

利用分子动力学模拟方法, 考察了受限于圆柱形纳米孔道内I2/Ar溶液的振动传能及扩散动力学. 计算得到了溶质振动弛豫时间T1、溶剂轴向扩散系数Dz随孔道半径变化的规律. 结果表明: T1随着孔道半径的增大而减小; 而Dz随着孔道半径的增大而增大; 与预期的一致, 随着孔道半径的增大, 孔道的限制作用逐渐减小, T1与Dz趋近于相应的非受限溶液体相值. 此外, 通过考察溶质、溶剂与孔道的相互作用, 在原子、分子层次上揭示了限制作用对传能与传质影响的机制.     

Molecular Dynamics Simulation of Interaction between Calcite Crystal and Phosphonic Acid Molecules

The interactions between calcite crystal and seven kinds of phosphonic acids, nitrilotris(methylphosphonic acid) (NTMP), nitrilo‐methyl‐bis(methylphosphonic acid) (NMBMP), N,N‐glycine‐bis(methylphosphonic acid) (GBMP), 1‐ hydroxy‐1,1‐ethylenebis(phosphonic acid) (HEBP), 1‐amino‐1,1‐ethylenebis(phosphonic acid) (AEBP), 1,2‐ethylenediamine‐N,N,N′,N′‐tetrakis(methylphosphonic acid) (EDATMP), and 1,6‐hexylenediamine‐N,N,N′,N′‐tetrakis‐ (methylphosphonic acid) (HDATMP) have been simulated by a molecular dynamics method. The results showed that the binding energy of each scale inhibitor with the (1l?0) (1l?0) face of calcite crystal was higher than that with (104) face, which has been approved by the analysis of pair correlation functions. The sequence of scale inhibition efficiencies for phosphonic acids against calcite scale is as follows: EDATMP>HDATMP>HEBP>NTMP>GBMP>HEBP>NMBMP, and the growth inhibition on the (1l?0) face of calcite was at the leading status. Phosphonic acids deformed during the binding process, and electrovalent bonds formed between the phosphoryl oxygen atoms in phosphonic acids and the calcium ions on calcite crystal.     

诺氟沙星-DNA复合物的分子动力学模拟

采用分子模建的方法构建了诺氟沙星-DNA复合物的初始结构, 通过2 ns的分子动力学(MD)模拟研究表明: 诺氟沙星能够和双螺旋d[ATATCGATAT]₂形成稳定的复合物, 药物分子可紧密结合在DNA的小沟区域, 并且能够与DNA的鸟嘌呤碱基形成两个稳定的氢键. 在分子水平上提供了诺氟沙星直接与双螺旋DNA相互作用的结构及复合物的动态变化情况.     

All‐Atom Molecular Dynamics Simulation of Structure and Diffusion of Hydrophilic Antistatic Agents in Polypropylene

Glycerol monostearate (GMS) is an additive widely used in plastic industry for its good ability to improve the wettability and antistatic property of polymer surfaces. Based on GMS, we propose five additives of different polarity by attuning the number of oxyethyl groups. All‐atom molecular dynamics simulations of these additives in polypropylene (PP) matrix are carried out at temperatures of 300 K, 350 K and 400 K. Detailed molecular conformations are obtained and analyzed. Due to the gauche effect of the dihedral angles, the polar parts of these additives form helix structures. The diffusion coefficient of the additives depends on their molecular conformations and decreases monotonously with increasing polarity. These results are expected to be helpful in rational design of hydrophilic antistatic agents in polymeric materials.     

基于随机行走的二维空间扩散模拟研究

分子的扩散行为是微观化学的重要研究领域. 影响扩散行为的因素很多,但是目前各个因素的具体影响效果还不明确. 作者基于随机行走理论建立了分子在二维空间的扩散模型,依据此模型自主开发了模拟软件以及数据分析系统,并利用该模拟软件系统研究了势垒尧横向速度等因素对扩散行为的影响,验证了该模型的可靠性,证明根据该模型可以得到和实验尧理论相吻合的结果. 该软件有望成为模拟微观化学扩散行为的潜在平台,如电化学以及膜过滤过程中的扩散.     

超临界CO2中甲醇和乙醇无限稀释扩散系数的分子动力学模拟与实验测定

采用分子动力学模拟(MD)方法对甲醇和乙醇在超临界二氧化碳中的无限稀释扩散系数进行了模拟计算, 并应用泰勒分散理论, 采用超临界色谱仪对模拟结果进行了实验验证. 模拟计算值与实验值较吻合, 且变化规律基本一致, 表明采用这种新方法可以准确有效地预测超临界体系的扩散性质, 能够方便地应用于工程设计.