磁化增注机理的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,从分子水平对磁化增注的机理进行了模拟研究。计算结果表明在优化磁感应强度范围内,水的表面张力系数和粘滞系数降低,使水的渗透性和流动性增强,达到增注的目的;在此基础上,从结晶学的角度对磁化防垢的效果进行了分析,研究表明经优化磁场处理后,水溶液的临界晶核半径减小,晶体成核速率和生产速率明显增加,溶液的过饱和度迅速降低,晶体的长大受到限制而形成较小的结晶颗粒,析出的固相将有更多的部分悬浮于水中,易于随水流动而减少沉淀,从而达到防垢、增注的效果。磁化增注效果在B=0．25T时最为明显。     

液态甲醇微观结构的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法对298 K,0.78 g/cm3的液态甲醇的蒸发潜热、自扩散系数、体系的微观构型、径向分布函数和甲醇分子间的氢键结构进行了模拟研究.结果表明,甲醇的蒸发潜热和自扩散系数的模拟结果与实验数据符合.采用计算机图形技术得到了体系达到平衡时其微观构型的物理图像;对氢键的结构分析表明,形成两氢键的甲醇分子的摩尔分数为77.39%,每一甲醇分子形成氢键的平均数目为1.902;形成氢键的两甲醇分子O…O—H取向角分布曲线在12.2°处出现峰值,取向角θ小于12.2°的甲醇分子的摩尔分数为57.39%,形成氢键的甲醇分子取向几乎呈线性分布;氢键的平均寿命为12.6 ps.     

Molecular dynamics simulation of a single polymer in hydrophilic nano-slits

The behavior of a single polyethylene polymer in aqueous solution confined between two hydrophilic walls is studied with molecular dynamics （MD） simulations. The thickness of the nano-slit ranges from 1.26 to 3.15 nm, which is comparative to the polymer dimension. A monotonic transition from 3D- to 2D-like configurations is observed as the distance between the two walls narrows. Monomers are compressed into several layers and the preferred bond orientations alternate between parallel and normal to the walls accordingly. The diffusivity in the direction parallel to the wall is always larger than the one perpendicular to it. Calculation of the entropy and enthalpy changes during the folding of the polymer chain alone cannot explain the spontaneous process. The corresponding increase in water entropy due to volume expansion may be large enough to result in the overall free energy decrease.     

纳米粒子介电泳的分子动力学模拟

为研究微流体环境下纳米粒子的介电泳现象并分析其介电泳特性,采用非平衡态分子动力学方法对纳米胶体粒子及其周围溶剂粒子进行建模.介电泳模拟之前,通过对系统能量和温度的趋衡过程进行模拟,使纳米胶体所处的微流体系统达到稳定状态,并得出系统能量以及温度变化过程的趋衡图.对纳米胶体模型施加非均匀电场,使胶体电偶极化.变化非均匀电场强度,研究胶体模型失效的一般规律.发现随着非均匀电场强度的增加,小离子有不断脱离大离子表面的趋势,胶体模型失效的临界电场强度参数为Eo=15s/(eó).此外,对不同极性的纳米胶体的介电泳现象进行模拟,发现在正介电泳情况下,胶体的电偶极距不断增大,且电偶极距大的胶体有较大的介电泳速度和位移.     

水溶液中石墨烯剥离的分子动力学模拟

通过分子动力学模拟方法研究柔性石墨烯在水溶液中剥离的热力学机制。为了表征石墨烯与水溶剂之间的相互作用,研究了石墨烯周围水溶剂的结构性质;通过施加外力的方法剥离石墨模型中最外层的石墨烯,计算剥离过程中体系自由能的变化,并对剥离过程中微观结构变化以及石墨烯周围水溶剂结构性质进行分析。结果表明:石墨烯与水之间的相互作用较小;剥离石墨烯需要克服一定的能垒;石墨烯之间的相互作用决定了自由能能垒的大小,溶剂诱导的贡献对剥离起到促进作用;受限区域内的水溶剂分子对剥离起到重要的作用。     

单晶硅纳米级压痕过程分子动力学仿真

对内部无缺陷的单晶硅纳米级压痕过程进行了分子动力学仿真,从原子空间角度分析了单晶硅纳米级压痕过程的瞬间原子位置、作用力和势能等变化,解释了压痕过程.研究表明:磨粒逐渐向单晶硅片的逼进和压入,使得磨粒下方的硅晶格在磨粒的作用下发生了剪切挤压变形,磨粒作用产生的能量以晶格应变能的形式贮存在单晶硅的晶格中(即硅原子间势能),因此硅原子间势能随着力的增加而不断增加,当超过一定值且不足以形成位错时,硅的原子键就会断裂,形成非晶层,堆积在金刚石磨粒的下方.当磨粒逐渐离开单晶硅片时,非晶层原子进行重构,释放部分能量,从而达到新的平衡状态.     

Cu表面生长Ag薄膜过程的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法,研究了在Cu衬底(001)平面气相Ag粒子吸附和薄膜生长的动力学过程.模拟发现:气相Ag原子在Cu衬底的吸附过程中(即镀膜过程),有很强的作为层状分布的趋势,在Ag原子接触衬底后的弛豫过程中,Ag原子按势作用力和热运动双重机制,有一定趋向地随机游走.Ag原子的径向分布函数表明,Ag镀膜层从下到上晶态特征逐渐减弱.     

分子动力学模拟乙醇／水二元混合物的扩散性质

采用分子动力学方法模拟乙醇／水混合物的扩散性质．模拟中乙醇分子采用点点刚性模型,水分子采用TIP4P模型,在全浓度范围内计算乙醇和水的自扩散系数,分别与实验值和文献的MD模拟值比较．水溶液中,水的自扩散系数描述为结合水分子和自由水分子的综合贡献．计算结果表明,我们采用的乙醇和水的模型对正确描述乙醇／水混合物扩散性质是可行的．     

硅纳米线热传导的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学方法模拟了硅纳米线的热传导性能,并对其主要影响因素作了分析.模拟结果表明:在相同的温度区间(800~1 500 K)内截面形状为正方形的纳米线的导热系数要比体态硅小2个量级,且随着温度的上升,导热系数随之下降;当模拟温度固定时,导热系数随着纳米线长度的增加而增加,并趋于一个收敛值;同时当纳米线的截面面积增加时,导热系数也随之增加;当纳米线表面存在缺陷时,其热传导系数小于无缺陷纳米线的值.     

纤维素热解机理的分子模拟及产物形成途径

为了从微观上确定纤维素热解主要产物的形成机理,对聚合度为10的纤维素单分子进行了分子动力学热裂解模拟,模拟发现温度上升到450K时,开始有羟基键断裂,随着温度的升高,在600K时糖苷键开始断裂形成纤维素单体,糖苷键断裂的同时也发现环状单体内部键断裂形成各种分子碎片。结合相关文献的实验结果,对模拟得到的各种分子碎片形成最终产物的可能途径进行了分析。     

聚氧化乙烯在溴化钾表面吸附后的形貌研究

用分子动力学方法模拟了聚氧化乙烯（PEO）在溴化钾（KBr）表面的吸附过程,通过计算表明,溴化钾表面对聚氧化乙烯分子有较强的吸附作用,并且聚氧化乙烯被吸附后分子的螺旋结构平行于溴化钾表面．同时用红外光谱法研究了聚氧化乙烯在溴化钾表面吸附后的形貌,通过红外光谱研究得到了聚氧化乙烯螺旋结构平行于溴化钾表面的结论．本文的研究结果可以对涂层技术、表面自组装或者成核剂的设计等提供指导．     

分子动力学中势函数研究

选用合适势函数来描述系统内原子间的相互作用是进行分子动力学模拟的基础.本文概要回顾了历史上出现的各种原子间互作用势函数.对各种势模型的理论背景、具体形式、应用范围、特点进行了分析评述.     

分子动力学模拟方法及其误差分析

以液态水体系为例进行了正则系综的分子动力学模拟计算,并将模拟结果与实验和文献结果进行比较。分析认为误差的产生主要是由于模拟过程中所采用的位能模型、算法和其他模拟参量不够准确造成的。由于误差产生的原因具有多样性,且各种因素是相互影响、相互制约的,所以实际模拟时,应在精度和误差之间作出平衡,以达到最佳的模拟效果。     

Aβ_(37-42)形成二聚体的分子模拟研究

阿尔茨海默症是一种神经退行性疾病,多发病于老年人群.该疾病不但严重影响患者的健康及正常生活,还给患者家属带来极大痛苦.因此治疗该疾病成为科学界急欲攻克的难关.而治疗的基础是解析病理,大量研究表明该病患者脑内有大量纤维状Aβ蛋白质聚集物.因此研究Aβ蛋白质如何聚集是解析病理的关键.同时预防和阻止Aβ蛋白质聚集也成为治疗阿尔茨海默症的一种可选方案.本文即选取Aβ蛋白质片段,以分子动力学模拟方法,详细分析其形成稳定二聚体的完整过程.研究发现该蛋白质片段上残基侧链之间的疏水作用促使两个Aβ37-42单体相互靠近,其间会形成多种非稳态中间体,其结构经过不断调整最终才形成稳定的二聚体结构.该结构调整过程对形成稳定的二聚体结构非常重要.在此过程中两条肽链主链形成氢键的个数逐渐增加,同时伴随形成了新的残基侧链之间的相互作用.研究发现在二聚体形成的全过程中Ile41和Ala42均起到不可忽视的作用.Ile41由于其侧链具有疏水性且体积相对较大,可通过其疏水作用力促使两个单体相互靠近.而Ala42在后期结构调整中发挥了一定作用,稳定了二聚体的结构.该研究有助于更好地理解Aβ蛋白质聚集特别是其形成二聚体的过程,同时也为防治Aβ蛋白质聚集提供了一些理论依据.     

MgO高温高压下的P-V-T关系

本文利用分子动力学方法和有效经验对势模型对MgO高温高压下的物态方程进行了研究,发现分子动力学方法得到的MgO岩盐结构的摩尔体积(温度范围:300-2000 K,压力范围:0～100 GPa)和实验结果吻合;另外,基于势模型的可靠性预测了300-2000K和0～100 GPa的温压范围内MgO岩盐结构的P-V-T关系,并对两种势模型计算结果进行了比较研究.计算得到的高温高压下MgO物态方程在地球物理学具有重要的参考价值.     

Molecular Dynamics Simulation of Heat Propagation in Liquid Argon

ＭｏｌｅｃｕｌａｒＤｙｎａｍｉｃｓＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＨｅａｔＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎＬｉｑｕｉｄＡｒｇｏｎＧｕｏＺｅｎｇｙｕａｎ（过增元），ＸｉｏｎｇＤａｘｉ（熊大曦），ＬｉＺｈｉｘｉｎ（李志信）ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ...     

不同水分子模型凝结系数的分子动力学模拟对比研究

采用平衡分子动力学（EMD）方法模拟研究了水的凝结过程，用“特征时间法”统计得到4个不同温度下5种不同水分子模型（SPC、SPCE、TIP3P、TIP4P和TIP5P）的凝结系数．模拟结果表明，不同模型得到的凝结系数都随温度的升高而减小．在相同温度下，凝结系数的统计结果表明：当温度高于400K时，凝结系数按SPCE、TIP4P、TIP3P、SPC、TIP5P模型呈递减趋势，并且TIP4P和TIP3P模型的凝结系数相近；当温度低于400K时，5种模型凝结系数的统计结果相差不大．发现TIP5P模型在温度约高于520K时得不到明显的汽液两相区，无法统计高温下水的凝结系数．     

纳米单晶氩扩散性质的分子动力学模拟

采用分子动力学(MD)方法对纳米单晶氩的扩散性质进行了模拟研究。采用L-J12-6势函数描述氩原子势,半步长的Leap-frog算法求解运动方程,Berendsen热浴法调温,P-R方法调压,在充分弛豫后进行扩散模拟的时间为100 ps,计算得到了10个恒定温度下原子均方位移(MSD)与时间(t)的关系曲线。根据MSD-t曲线特点,分为初始阶段和稳态阶段2个阶段进行数据处理。利用Einstein关系求出了稳态阶段的扩散系数D,由Arrhenius表达式求出了纳米单晶氩的稳态扩散常数D0为0.100 004 509 m2/s、稳态扩散激活能Q为4.848 81×10-21J。     

分子动力学模拟在钙基地聚合物研究中的进展

随着材料研究从宏观到微观逐步发展的趋势,分子动力学模拟成为研究材料微观结构的重要手段。基于分子动力模拟在钙基地聚合物的研究,综述了分子动力学的基本理论,详细介绍了分子动力学模拟对钙基地聚合物中C—S—H、N—A—S—H和C—A—S—H凝胶的研究进展。通过模拟得到的数据,同已有的实验数据进行对比,验证了计算机模拟的可操作性。最后,指出当前研究中存在的问题并对下一步的工作进行了展望。