高密度氢的从头计算分子动力学模拟

运用从头计算分子动力学方法模拟研究了两种密度 (rs=0 .6 2、1.2 4)下的高密度氢 ,确定了切断能与总能量的关系 ,并给出了离子和电子的互作用随距离的变化关系 ,最后得出当rs 不大于 0 .6 2时高密度氢表现为等离子体相 .

分子动力学模拟在物理化学教学中的应用:固体表面润湿性

固体表面润湿性是物理化学课程界面化学部分重要的教学内容。结合分子动力学模拟方法,设计不同亲/疏水性的液滴与羟基化二氧化硅表面吸附模型,通过分析铺展过程中的接触角、界面能及径向分布函数,并利用VMD软件将铺展过程可视化呈现,帮助学生多角度理解固液界面的润湿性能。将理论与计算化学方法融入教学设计,不仅开阔学生科研视野,培养学生科学思维,还可以帮助学生深入理解理论知识,提升解决实际问题的综合能力。

航空发动机钛合金分子动力学计算技术研究进展

未来航空发动机推重比等性能不断提升,对钛合金部件的高温力学及结构稳定性等提出更高的需求。传统实物实验在时间、空间尺度的局限性日益凸显,对于微观瞬态现象及机理的深入研究存在一定难度。而分子动力学(molecular dynamics,MD)计算技术以原子/分子模型为计算对象,在引入牛顿经典力学与经验参数的基础上,较量子计算方法大幅度提高了计算效率,从而成为实现航空发动机钛合金工艺参数优化与组织性能计算的重要技术途径。本文在概述MD计算空间与时间尺度优势基本原理的基础上,重点介绍通过MD计算方法研究钛合金成形制造、微观组织与结构、力学与热力学性能、材料设计和力场开发等方面的研究进展,以及有助于航空发动机钛合金耐高温性能提升的代表性结论。最后结合航空发动机钛合金对MD计算技术的需求,展望未来研究方向,指出基于MD计算方法的钛合金高通量成分设计、训练针对成熟钛合金成分体系的分子力场和将新型ReaxFF(reactive force field)反应力场引入钛合金燃烧机理研究中面临的挑战。

分子及团簇的分子动力学模拟——介绍一个计算化学实验

分子动力学方法在化学及相关学科研究中的重要地位日趋凸显,但在本科化学实验中鲜有涉及,现有计算化学实验多侧重量子化学方法对分子性质的计算。为普及分子动力学模拟这一有力工具,同时帮助学生理解分子的动态行为,本文以丙氨酸二肽模型分子为例设计了一个简单的分子动力学模拟实验。通过本实验学生能初步掌握分子动力学模拟的基本原理、流程和分析方法,同时加深对物理化学中势能面等抽象概念的理解。本实验即可作为单独设课的计算化学实验的内容,亦可在物理化学实验中作为拓展实验开设。

分子动力学模拟及其在金属陶瓷复合材料中的应用现状

综述了分子动力学模拟的应用现状,主要对分子动力学模拟在界面、晶面缺陷、材料力学性能三个方面的研究做了介绍,对分子动力学模拟在金属陶瓷复合材料制备和研究中的应用做了总结,并对其应用前景进行了展望。

BTATz晶体及其共晶的热分解及释放氮气机理:从头算分子动力学模拟

为了分析BTATz与pyrazine分子形成共晶后高温热分解机理的变化,采用从头算分子动力学(AIMD)方法,对BTATz晶体及其共晶BTATz/pyrazine的热分解过程进行了模拟。结果表明,在BTATz晶体中,BTATz分子的初始分解路径包括四唑环上N—H键断裂、四唑环上N—N键断裂和H自由基与四嗪环相连生成N—H键;在BTATz/pyrazine共晶中,BTATz分子的分解路径与在BTATz晶体中的情况有所不同。在这两种晶体中,N_(2)的生成速率不同,但是最终生成的N_(2)数量是相同的。在这两种晶体中N_(2)的生成机理相似,都是由四嗪环或四唑环反应得到的,仅仅是N_(2)产生的时间不同。这表明pyrazine分子的存在影响BTATz分子的初始分解过程,但不会影响产物的生成机理和最终数量。

氯化物熔盐单质及其混合物比热容的分子动力学模拟及理论计算

由于具有良好的综合性能,氯化物熔融盐已被用于聚光太阳能的高温储热材料和传热介质。为进一步评估氯化物熔盐的储热能力,该文采用分子动力学模拟方法在高温范围对三种常用的氯化物熔盐单质(LiCl、KCl和NaCl)、二元混合氯化物熔盐(LiCl-KCl和LiCl-NaCl)的比热容进行了系统研究。结果表明三种单质的比热容模拟值与实验值相比平均误差均在5.2%以内,表现出较好的一致性。为了验证通过理论方法计算氯化物熔盐混合物比热容的可行性,采用混合法则和DP法对二元混合氯化物熔盐(LiCl-KCl和LiCl-NaCl)的比热容进行理论计算。与模拟值相比,除通过混合法则计算LiCl-KCl的误差为5%外,其余误差均在2%以内,表明通过理论计算方法对多元混合氯化物熔融盐比热容进行计算有一定的可行性。为了更好的从微观结构上理解氯化物熔盐的热物性,通过计算径向分布函数对熔融盐体系及局部结构进行了分析。该研究的结果及方法对混合氯化物熔盐的热物性预测具有参考和指导意义。

基于分子动力学模拟的VOCs热氧化特性分析

采用反应分子动力学模拟的方法,选择苯、甲苯和苯乙烯作为代表性VOCs组分,分析其在不同温度下发生热解和氧化的反应特性,获得其总包动力学参数,并应用于VOCs在蓄热氧化装置(RTO)中的CFD模拟。芳烃类VOCs的初始热解步骤主要发生脱氢、脱侧链和开环反应,生成对应支链结构的小分子烃类和苯,而氧化过程则直接生成CO、H2O以及少量的烃类。不同VOCs的热解与氧化反应速率存在显著差异,动力学分析表明,使用一级反应假设适用于描述VOCs热解及氧化初始阶段的反应过程。CFD模拟表明,提高入口温度可以显著提升VOCs的转化效率,而在同等VOCs处理量的前提下,提高VOCs浓度、降低进口总流量,对VOCs转化效率的改善程度与提高入口温度相当,这表明VOCs浓缩技术耦合RTO更为高效节能。

从头计算分子动力学

Ｃａｒ、Ｐａｒｒｉｎｅｌｏ首次提出的从头计算分子动力学方法有机地结合了密度泛函理论和分子动力学技术，是目前计算机模拟实验中最先进最重要的方法之一。本文简要地阐述了从头计算分子动力学方法的原理和具体实现，以及近年来这一方法的发展和重要应用。

从头计算分子动力学方法及其应用

从头计算分子动力学方法把密度泛函理论和分子动力学方法有机地结合起来,使电子的极化效应及化学键的本质均可用计算机分子模拟方法进行研究,是目前计算机模拟实验中最先进、最重要的方法之一。文章简述了从头计算分子动力学方法的基本原理,介绍了该方法在水、水溶液及其他氢键液体的结构与动力学研究中的应用。

纳米流体热导率和粘度的分子动力学模拟计算

本文采用分子动力学(MD)模拟来计算纳米流体比较重要的热物性:热导率和粘度,与已有实验结果比较符合 较好,为进一步研究纳米流体传热效率提供了依据。

含能材料的量子化学计算与分子动力学模拟综述

从含能材料分子的热力学性质及爆轰性能、分解机理、感度、分子间相互作用及相容性、固体与界面性质和极端条件下的性质几个方面,综述量子化学(QC)和分子动力学模拟(MD)方法在含能材料中的应用。所涉及的方法主要为量子化学第一性原理和经典分子动力学模拟(包括分子反应动力学模拟),比较了各种方法的特点和适用范围,列举了一些典型实例。附参考文献57篇。

Mg-MOF-74对CO_(2)/CH_(4)吸附分离的分子动力学模拟及气体吸附性能研究

天然气是一种环保型能源并且可被广泛用做化工原料,但是其中的CO_(2)会严重影响天然气的热值与输送性能,因此对天然气中的CO_(2)进行有效脱除尤为重要。选用Mg-MOF-74作为吸附剂,采用分子动力学模拟计算方法分析Mg-MOF-74对CO_(2)/CH_(4)吸附分离性能的影响。模拟计算结果显示,在一定的温度、压强条件下,CO_(2)比CH_(4)更容易与Mg-MOF-74的金属位点相结合,Mg-MOF-74对CO_(2)气体的相互作用力更强,从而证明Mg-MOF-74对CO_(2)的吸附能力也更好。为验证模拟结果的准确性,制备了Mg-MOF-74并测试了其CO_(2)/CH_(4)吸附性能,实验结果与模拟结果一致,证明Mg-MOF-74对CO_(2)有很高的选择性。

贵金属Au冷却过程中结构及能量变化的分子动力学计算机模拟

通过分子动力学方法，研究了不同冷速下贵金属 Ａｕ在温度 ２０００～３００ Ｋ的冷却过程中微观结构的变化特点。结果发现，冷却速度对Ａｕ的微观结构产生重要影响。采用偶关联函数和健对分析技术对原子局域团簇结构进行分析，并考察了冷却过程中原子势能随温度的变化，比较了Ａｕ的微观结构转变与能量变化的对应关系，从能量转化的角度对冷却过程中Ａｕ的结构变化进行了说明。

基于国产申威众核架构的二维材料分子动力学模拟算法优化

分子动力学(Molecular Dynamics,MD)模拟是探索微观世界的重要工具,在多个领域中得到广泛应用。二维材料是MD在材料科学领域的一个重要研究方向,其中层间作用力的计算是耗时最多的部分。高性能计算是能够提升二维材料模拟效率的关键技术,利用新一代神威超级计算机的强大计算能力,来提高二维材料体系的MD模拟效率。针对层间力场的计算,采用消除冗余计算、多核心融合和设置缓冲区等多种算法优化策略;采用软件Cache累加受力、从核通信累加能量和从核C++特性等技术实现线程级并行;采用软硬件Cache协同策略提升访存效率。实验结果表明:优化后的整体性能提升155倍,模拟效率可达2 ns/day,弱扩展并行效率达到92.7%。

分子动力学模拟中不同短程作用力计算方法的效率研究

利用分子动力学模拟的基准问题 ,对截断半径 (cut offdistance)法、Verlet链 (Verletlist)法和链格 (linked cell)法等分子间短程作用力的计算方法与模拟系统的粒子数、对比密度之间的关系进行了研究 .研究结果表明 ,各计算方法的效率与模拟系统的对比密度、粒子数量有密切关系 .在粒子数为 16 384时 ,若对比密度为 0 9,linked cell法的计算效率是截断半径法的 18倍 ,若对比密度为 0 1,两者的效率则相差 10 0倍 ;在粒子数超过 86 4以后 ,linked cell法具有明显的优势 .

5-硝基-1-氢-四唑衍生物热分解机理的从头算分子动力学模拟及密度泛函理论研究

应用从头算分子动力学模拟方法以及密度泛函理论对 5 硝基 1 氢 四唑衍生物的热解机理进行了研究 .报道了三条相关的反应途径 ,包括直接开环途径和质子转移途径 .其中N1-N2 键断裂直接开环的机理与文献报道一致 .而涉及质子转移的反应途径则是一个新的发现 .另一条关于C5-N4 键断裂直接开环的途径由于能垒较高 。

基于分子动力学模拟和连续介质模型的自由能计算方法

近些年 ,基于分子动力学模拟和连续介质模型的自由能计算方法受到了越来越多的关注 ,其中MM PBSA就是最具代表性的方法。在MM PBSA中 ,体系的焓变采用分子力学 (MM )的方法计算得到 ;溶剂效应中极性部分对自由能的贡献通过解Poisson Boltzmann(PB)方程的方法计算得到 ;溶液效应中非极性部分对自由能的贡献则通过分子表面积 (SA)计算得到。本文结合我们科研组的工作 ,就近几年MM PBSA方法的最新进展做了较为详细的阐述 ,同时对MM PBSA的发展前景进行了展望。

真空下Al-Zn合金结构随温度变化的从头算分子动力学模拟(英文)

Al-Zn合金的广泛使用导致大量合金废料的产生。真空蒸馏法可以有效分离合金中的杂质元素。但是,分离效果取决于杂质元素的性能。为了从Al-Zn合金废料中有效分离出杂质元素Zn,本文利用从头算分子动力学方法成功地模拟了Al-10%Zn合金真空下的结构和性能随温度的变化情况。模拟得到了合金在不同温度下的径向分布函数(RDF),配位数(CN),均方位移(MSD),扩散系数(DC)和分波态密度(PDOS)。模拟结果表明:随温度升高,Al-10%Zn合金结构有三个相变过程;当合金熔化以后,真空条件下金属锌可以很容易地从液相蒸发到气相;随温度的升高,锌原子的扩散系数和平均电荷具有相同的发展趋势。

新型二氟甲基磷酸类酪氨酸蛋白磷酸酯酶1B抑制剂的分子动力学模拟和结合自由能计算(英文)

通过分子对接建立了一系列含二氟甲基磷酸基团(DFMP)或二氟甲基硫酸基团(DFMS)的抑制剂与酪氨酸蛋白磷酸酯酶1B(PTP1B)的相互作用模式,并通过1ns的分子动力学模拟和molecular mechanics/generalized Born surface area(MM/GBSA)方法计算了其结合自由能.计算获得的结合自由能排序和抑制剂与靶酶间结合能力排序一致;通过基于主方程的自由能计算方法,获得了抑制剂与靶酶残基间相互作用的信息,这些信息显示DFMP/DFMS基团的负电荷中心与PTP1B的221位精氨酸正电荷中心之间的静电相互作用强弱决定了此类抑制剂的活性,进一步的分析还显示位于DFMP/DFMS基团中的氟原子或其他具有适当原子半径的氢键供体原子会增进此类抑制剂与PTP1B活性位点的结合能力.