温度对dsRNA拉伸和扭转弹性的影响:全原子分子动力学模拟

采用全原子分子动力学模拟方法,研究了双链RNA(dsRNA)的拉伸弹性和扭转弹性以及它们之间的耦合关系随温度变化的行为.结果显示:拉伸模量和扭转模量随着温度的升高呈线性减小,这些弹性系数成分几乎呈线性下降,表明了dsRNA在高温下灵活性增加;扭转-拉伸耦合系数随着温度的升高而减弱,表现出负相关,表明拉伸诱导扭转角减小.描述了以上发现潜在的生物物理机制,并用现有的文献加以证实.

全原子分子动力学模拟研究丙氨酸二肽水溶液的结构和氢键作用

采用全原子分子动力学模拟研究了丙氨酸二肽分子在水溶液中的结构和氢键作用.径向分布函数和氢键统计用于分子动力学模拟的分析.从径向分布函数(RDF)发现不同类型的强氢键显示出不同的形成能力,而体系中的C-H…O弱相互作用较为明显,也不能忽略.氢键统计分析的结果也证实了这一点.分子内距离、回转半径和骨架二面角用于表征丙氨酸二肽分子在水溶液中的构象变化.丙氨酸二肽分子在水溶液中的柔顺性较好,构象在折叠和伸展之间相互转换.

全原子分子动力学下不同链长聚环氧乙烷胶束性质研究

聚环氧乙烷作为一种常见的聚合物材料,在许多工业领域中都有广泛应用。然而传统实验方法无法对聚环氧乙烷胶束的性质进行动力学模拟,为此本文基于全原子分子动力学理论,对不同链长聚环氧乙烷胶束进行动力学模拟以分析其性质特征。经实验分析结果可知,当组编号超过7时,TX-5的C原子水化数大于1,随着链长的增加,胶束尺寸随之增加。TX-5、TX-114和TX-100的氢键数随着O原子编号的增加均呈现出上升趋势,相同O原子编号下TX-5的氢键数最高,且增加速度最快。长链聚环氧乙烷胶束TX-114和TX-100相对于短链TX-5具有更好的稳定性。综上可知,全原子模拟可以准确地预测和解释实验结果,有助于加速聚合物材料的研发进程并降低实验成本。

NiNb金属玻璃原子结构和力学性能的分子动力学研究

采用分子动力学模拟的方法,对不同成分的NiNb合金进行原子结构和力学性能方面的研究。通过对降温过程中玻璃转变温度的变化和高温熔体混合焓、混合熵的变化对比发现,在成分点c_(Ni)=0.65前后,合金表现出截然不同的变化趋势。同时利用双体分布函数,配位数,Warren-Cowley参数,键对分析,准近邻原子等方法对NiNb合金进行原子结构相关分析,发现在c_(Ni)=0.65前后,部分结构参数也表现出不同趋势,说明在此成分点前后,NiNb金属玻璃在原子结构上差异较大。综合热力学和结构参数的变化,c_(Ni)=0.65可能是两个合金体系的分界点,c_(Ni)=0.65之前为Nb基,c_(Ni)=0.65之后为Ni基。最后对力学性能进行了模拟,发现力学性能的表现主要和不同成分下NiNb之间的结合方式相关。此项研究有利于加深对金属玻璃原子结构和力学性能的理解。

REO-LM-S复配再生沥青组成设计与再生机理分子动力学模拟

针对再生沥青混合料中RAP的利用率较低,废弃机油(REO)对老化沥青弹性恢复效果欠佳及抗车辙性能较差的情况,选用高分子聚合物改性剂(LM-S)对REO再生沥青进行改性。利用响应面设计法确定两种再生剂最佳掺量,并借助傅里叶红外变换光谱(FTIR)分析再生沥青化学官能团和分子动力模拟分析揭示复配再生剂再生机理。最后,通过沥青胶浆拉拔试验验证REO-LM-S复配再生沥青性能。结果表明:再生沥青中再生剂最佳掺量为9.53%,再生剂中LM-S最佳掺量为30%,再生沥青25℃针入度、延度、软化点均满足规范要求。REO-LM-S复配再生剂通过提高再生沥青中轻质组分的含量改善老化沥青的性能,相较于REO再生剂,REO-LM-S复配再生剂对于老化沥青各组分扩散融合效果更好。REO-LM-S复配再生剂共混界面的最大平均拉应力较未添加再生剂共混界面提高29%,较REO再生剂界面提高7.8%。

Ni-Zr合金高温熔体与非晶形成能力的分子动力学研究

采用分子动力学模拟的方法,对不同成分Ni-Zr合金高温熔体的原子结构和热力学性质方面进行研究,分析影响其非晶形成能力的因素。通过观察降温过程中平均原子体积随温度的变化,以及300 K下构型的可视化分析中非晶结构比例的变化,发现Ni-Zr合金非晶形成能力在Ni含量占比60%~90%区间,非晶形成能力出现显著下降后又回升的情况。混合焓、混合熵、混合自由能等热力学参数未表现出与非晶形成能力有明显相关性,混合自由能二阶偏导数的变化,体现出热力学因子的变化显著影响非晶形成能力。双体分布函数,配位数等与非晶形成能力密切相关的结构参数呈现较弱相关性。Warren-Cowley参数,及键长分析,发现Ni-Zr键的变化表现出与非晶形成能力相同的变化趋势。此项研究有利于加深对合金高温熔体与非晶形成能力间关系的理解。

基于分子动力学ReaxFF的空间材料原子氧效应研究综述

在低地球轨道(LEO),原子氧(AO)是主要环境因素之一。AO的高通量密度和强氧化性会造成航天器上聚合物等材料产生物理化学侵蚀,从而引起航天器工作效率下降,甚至在轨工作异常。目前,除了最常见的地面和在轨搭载AO试验外,随着计算机技术的发展,分子动力学反应力场(MDReaxFF)模拟方法由于能模拟体系中材料化学键的断裂与生成,在空间材料AO效应研究方面成为一种有效手段。文章对MD-ReaxFF模拟方法进行了介绍,调研分析基于MD-ReaxFF方法的AO与航天器聚合物、金属和陶瓷等材料相互作用的研究进展,并对未来研究发展方向进行展望。

铜、银和铂原子纳米团簇负热容现象的分子动力学模拟研究

本文采用微正则分子动力学方法模拟研究了铂、铜和银原子纳米团族从固态到液态的熔化过程,得到热容量随温度变化关系,结果表明这三种金属纳米团簇在熔化过程中均出现了负热容现象,并通过对团簇热能随温度的变化关系以及团簇原子数径向分布的分析,探讨了产生负热容现象的微观机制。

金原子纳米团簇的负热容现象的分子动力学模拟研究

文中采用微正则分子动力学方法模拟研究了原子数N =6 0到 6 75之间的 6种金原子纳米团簇从固态到液态的熔解过程 ,得到了势能和热容量随温度的变化关系。其结果表明 ,所模拟的 6种团簇在熔点附近出现负热容 ,通过对这些团簇熔解前后的势能以及结构变化的分析 ,探讨了产生负热容的微观机制。

聚变堆中碳原子在碳氢薄膜表面再沉积行为的分子动力学模拟研究

利用分子动力学方法模拟了碳原子与碳氢薄膜的作用过程。探讨了不同入射能量对碳原子与碳氢薄膜相互作用的影响。模拟结果表明碳原子与碳氢薄膜作用会在表面形成碳薄膜。随着入射能量的增加,碳薄膜厚度变薄。在碳薄膜中碳原子的成键形式主要为Csp2-Csp2和Csp2-Csp3,随入射能量的增加,碳原子键价结合形式从Csp2-Csp2向Csp2-Csp3转化。

分子动力学模拟的冷冻原子法

通过分析分子动力学过程粒子运动的基本特征,提出分离不同性质、不同量级的原子快运动和慢运动进行模拟的思想,建立了适用于这两种运动弱耦合情况的冷冻原子方法,该方法可使分子动力学模拟收敛速度有明显改善,并能得到更为精确的结果。

铜原子纳米团簇热力学性质的分子动力学模拟研究

利用分子动力学模拟方法,研究了CuN(N=80,140,216,312,408,500,628和736)纳米团簇在热化和冷凝过程中结构和热力学性质的变化,模型采用的是Johnson的EAM作用势.模拟结果表明:铜团簇的熔点和凝固点随其尺寸线性增加,并逐渐向大块晶体靠拢;所有团簇的凝固点都低于熔点,出现凝固过程中的滞后现象;在熔点和凝固点附近,团簇都具有负热容特性,负热容是由相变前后团簇内部结构突变引起的.

基于两态稳定性原子级存储方式的分子动力学模拟

采用Morse型势函数对体心立方晶体表面层及近表面层原子的行为进行了分子动力学模拟.模拟结果表明,在体心(次表层)原子操纵前后,体心立方晶体的顶角原子位置只有微小变化,其晶格结构基本保持不变且处于稳定平衡状态,即体心立方晶体具有两态稳定性,该特性为实现原子级的数据存储提供了可行性.同时,对数据存储时可能出现的多原子双稳态组合问题进行了分子动力学模拟,发现在多原子双稳态组合情况下,晶体的结构在操纵其相邻晶格的体心原子时仍保持稳定.提出了一种实现原子级存储的新方式,只需在两个稳定平衡态间激发用于存储数据的体心原子,可以提高数据存储的成功率,保证可重复性和稳定性.

同核双原子分子流体液汽界面的分子动力学模拟研究

The coexisting densities of equilibrium liquid and vapor phases,density profile,interfacial thickness and surface tension of homonuclear diatomic molecular fluids were studied by using the isothermal-isochoric molecular dynamics（MD）simulation method.It was found that the equilibrium densities of liquid and vapor phases were in agreement with the results from Monte Carlo（MC）simulation.The thickness of Liquid-vapor interface increased as temperature went up,but surface tension showed the opposite tendency.The influence of temperature on interfacial thickness was stronger in the range of higher reduced temperature.In addition,the molecular anisotropy also had an effect on interfacial properties of homonuclear diatomic molecular fluids.

银、钴和铂原子纳米团簇熔化过程的分子动力学模拟

本文采用分子动力学模拟方法 ,研究了银、钴和铂原子纳米团簇的熔化过程 ,模型采用的是Johson的EAM作用势。模拟结果表明 ,较大原子数目的纳米团簇其熔点随尺寸单调增加 ,而较小原子数目的团簇熔点和尺寸呈现无规则变化 ;大多数团簇在熔点附近都出现了负热容现象 。

铜原子纳米团簇热力学性质的分子动力学模拟研究

本文利用分子动力学模拟方法，研究了CuN（N=80、140、216、312、408、500、628和736）纳米团簇在热化和冷凝过程中结构和热力学性质的变化，模型采用的是Johnson的EAM作用势．模拟结果表明：铜团簇的熔点和凝固。点随其尺寸线性增加，并逐渐向大块晶体靠拢；所有团簇的凝固。羔都低于熔点，出现凝固过程中的滞后现象；在熔点和凝固点附近，团簇都具有负热容特性，负热容是由相变前后团簇内部结构突变引起的。

载能Ni原子斜入射Pt(111)表面的分子动力学模拟

采用嵌入原子方法的原子间相互作用势,利用分子动力学模拟,详细研究不同角度入射的载能Ni原子在Pt(111)基体表面的沉积过程.结果表明,随着入射角度θ从0°增加到80°,溅射产额、表面吸附原子产额、空位产额的变化情况均可按入射角度近似地分为θ≤20°,20°<θ<60°和θ≥60°三个区域.当θ≤20°时,载能沉积对基体表面的影响与垂直入射时的情况类似,表面吸附原子的分布较为集中,入射原子容易达到基体表面第二层及以下,对基体内部晶格产生一定的影响;在20°<θ<60°的范围内,入射原子的注入深度有所下降,对基体内部晶格的影响减小,表面吸附原子的分布较为均匀,有利于薄膜的均匀成核与层状生长;当θ≥60°时,所有入射原子均直接被基体表面反射,表面吸附原子产额、溅射产额、表面空位产额均接近0,载能沉积作用没有体现.

H原子通过碳纳米管的分子动力学模拟

利用Brenner(#2)半经验多体相互作用势和分子动力学模拟方法研究了氢原子在单壁碳纳米管中的运动.对温度为10K时,初始入射动能分别为1,5,10,15,20,30eV的H原子以不同的入射角度进入碳纳米管进行模拟,观察了氢原子与碳纳米管的吸附情况及在碳纳米管中的运动,并讨论了不同入射能量和入射角度对氢原子在碳纳米管中吸附的影响.结果表明,在能量为20eV时H原子能够很好的吸附在碳纳米管管壁上.

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．

铁原子操纵过程的分子动力学模拟研究

采用经典分子动力学模拟方法，研究了金刚石针尖的原子力显微镜(AFM)在提取和放置铁(Fe)晶体体心原子(次表层)的主要过程。分析了所建模型的局限性，提出了使用扫描隧道显微镜(STM)可以实现原子的双向操纵并采用更加精确的从头计算分子动力学方法模拟STM操纵原子的主要机理，同时指出了尚需解决的问题。