分子动力学模拟聚乙烯在碳纳米管表面的扩散

通过采用分子动力学方法模拟不同链长的聚乙烯分子在单壁碳纳米管表面的扩散,探究了聚乙烯的动力学性质。研究表明随着链长的增加聚乙烯在碳纳米管表面的扩散系数减小,且二者间存在明显的标度关系。聚乙烯在碳纳米管表面扩散的扩散系数和聚乙烯吸附在碳纳米管表面的构象有关,有序结构的聚乙烯比无序结构的聚乙烯在碳纳米管表面扩散的快。此外,由于受到碳纳米管吸附作用的影响,聚乙烯分子在平行于管轴和垂直于管轴2个方向上的扩散系数不同,扩散表现各向异性。     

生物分子在Ni纳米膜表面吸附的力学特性： 分子动力学模拟

采用COMPASS力场,通过分子动力学模拟,研究了Ni纳米薄膜的弹性模量的尺寸效应,以及生物分子吸附在Ni表面对其力学性能的影响.计算结果表明,随着厚度的增大,吸附强度也在增强;Ni纳米薄膜的弹性模量随着膜厚的减小而减小.氨基酸在Ni表面的吸附能够提高其弹性模量1～2 GPa,并且表明分子的取向是重要的影响因素.     

分子动力学模拟聚赖氨酸在晶格界面上的吸附

分子模拟为从微观角度理解生物大分子提供了有利的工具。本文采用分子动力学方法研究在Pt(100)、Pt(110)及Pt (111)三种晶格界面上聚十赖氨酸分子的吸附,以从分子水平上研究蛋白质吸附的动态过程和机理。界面的作用使部分聚十赖氨酸分子出现了较明显的二面角变化,说明吸附过程中界面的特性对聚赖氨酸的分子结构有影响;在Pt(100)与Pt(111)界面上,聚十赖氨酸分子构象变化较大,Pt(110)变化较小。聚十赖氨酸分子在吸附中,能量变化与分子构象变化的结果一致,构象变化较大的Pt(100)和Pt(111)界面上聚十赖氨酸分子能量的平均值高于Pt(110)。聚十赖氨酸分子在Pt(100)与Pt(111)界面上先远离界面运动,然后在某位置稳定波动;在Pt(110)界面上先靠近界面运动一段时间后又远离界面。     

环糊精-卟啉与二苯乙烯衍生物包结作用的分子动力学模拟研究

为了考察环糊精-卟啉与二苯乙烯所形成包结物的稳定性对环糊精-卟啉催化二苯乙烯环氧化选择性的影响,本文采用分子动力学方法研究了环糊精-卟啉与一系列二苯乙烯衍牛物所形成的包结物,并从主客体之间的相互作用能、相对距离的变化及包结结构3个方面考察了包结物的稳定性.计算结果表明,不同的二苯乙烯衍生物与环糊精-卟啉所形成包结物的稳定性不同,二苯乙烯两端的取代基与卟啉两端环糊精空腔的几何尺寸越匹配,环糊精-卟啉与二苯乙烯衍生物所形成包结物的结合稳定性越强,越有利于环糊精-卟啉对二苯乙烯进行选择性催化环氧化.     

4,6-DMDBT在Co-Mo-S催化剂001表面物理吸附的分子模拟研究

利用分子模拟技术对4,6-二甲基二苯并噻吩（4,6-DMDBT）在Co-Mo-S加氢脱硫催化剂001表面物理吸附构象、吸附位置以及相应的吸附体系能量变化进行了考察;通过分子动力学方法研究了Co含量、温度对吸附强度、小分子扩散性能的影响,发现Co／（Co＋Mo）原子比在25％～28％之间的Co-Mo-S催化剂表面有利于4,6-DMDBT的物理吸附,且升高温度有利于小分子在催化剂边位吸附,从而部分抵消其空间位阻效应;并用量予力学方法研究了小分子与催化剂001表面的静电作用情况。     

分子动力学模拟的柔性对接

分子自动对接技术在过去二十年里取得很大发展和成功,但是仍然面对如何处理分子柔性这样一个难题。这篇综述概要介绍分子柔性对接技术的进展并重点介绍分子动力学模拟技术。     

分子动力学模拟蛋白质溶液吸附过程构象的变化

计算机模拟作为一种工具在药物分子设计、蛋白质工程、药物筛选等方面逐渐广泛应用起来。为了从分子水平上理解蛋白质吸附的机理，本文采用了刚体模型对聚十赖氨酸在固体表面吸附进行了分子动力学模拟。采用立方周期性边界条件，模拟在NVT条件下进行，各刚体的起始速度按Maxwell取样。初步研究了模拟过程中蛋白质构象的变化，跟踪了吸附过程中二面角φ和ψ的变化。研究结果表明，吸附过程中蛋白质二级结构发生了变化，C末端二级结构的变化最为明显。     

分子动力学模拟HEWL晶体在不同环境中的动力学行为

简要阐述分子动力学模拟的原理及步骤,介绍研究溶菌酶的一般方法和优缺点。在Ubuntu操作系统环境下,利用Gromacs软件和其自带的Gromos96力场,通过分子动力学模拟(MD)鸡蛋清溶菌酶晶体(chicken egg-whitelysozyme,HEWL)溶液,考察真空、水溶液和加入NaCl 3种不同环境条件对溶菌酶晶体构象动力学行为的影响,发现无论从均方根位移(rmsd)、回旋半径、还是从B因子值的轨迹图分析,HEWL在水溶液特别是加入抗衡离子(Na~+,Cl~-)的水溶液的环境下的结构更稳定、合理,与(protein data bank)数据库的真实情况相符。原因是Cl~-与溶菌酶晶体在界面处发生了吸附现象,局部形成溶菌酶-Cl~-复合物,抑制了蛋白-水合物中水分子在相邻水合位置间的跳跃,从而使单晶体在离子液态中更加稳定。模拟结果表明,在pH值6.5,等电位点13.1,总电荷7.999 6的体系下,影响HEWL的吸附位点为123号残基(色氨酸),对从分子水平上解释HEWL晶体的动力学吸附行为具有重要指导意义。     

双酚A型聚碳酸酯形变行为的MD模拟

采用分子动力学方法(MD),计算了双酚A型聚碳酸酯的应力应/变关系、能量/应变关系.研究中采用了COMPASS力场和NPT系综.应力-应变曲线的研究结果显示,应变εXX≤0.05为"弹性区域",在这一区域,应力-应变有很好的线性关系.在εXX=0.14处出现"屈服点",经过"屈服点",在0.15<εXX<1.0的区域出现应力脉动,应变εXX>1.0后发生了应变硬化.能量-应力关系的研究结果显示,在应力-应变呈线性关系的"弹性区域",体系的总势能及各势能分量随应变增大发生不规则的波动,在"屈服点"附近,Etot与Ebs的变化均产生突跃性的局部高点,而EVW在"屈服点"附近的变化刚好与前两者相反;当体系在经历"屈服区域"时,随着应变的增加,各能量项并不发生明显的变化;当体系处于"应变硬化"阶段时,Etot、Ebs和Ebe会随着应变的增大而继续增大.在整个拉伸过程中,Eto均没有发生明显的变化.对拉伸过程的分子链快照进行分析发现,材料在εXX≤0.16时发生均匀的形变,并维持初始的链结构,同时伴随了一些空穴的生成,在εXX>0.6时,可以清楚地看到密度变得不均匀.在εXX>1.0的应变硬化的初始阶段,新的网络结构生成了,长的直链与缠绕链形成的团簇相连.     

润滑油分散剂分散性能的研究

区分不同结构分散剂的分散性能有益于分散剂的分子设计。通常实验方法费用高昂、效率低下,而计算机模拟方法则是一种非常有效的辅助研究方法。本文以润滑油分散剂的分散性能为研究目标,选择合适的模型化合物,定义了分散性能的计算指标,并用分子模拟方法估算了模拟需要的参数,运用介观模拟方法考察了分散剂结构、用量、与润滑油的相互作用等因素对分散性能的影响。得到了与实验研究一致的模拟结果。     

短程力分子模拟在Hadoop上的实现及优化

在Hadoop开源云计算平台上运行分子模拟程序,具有节省软硬件投资、缩短模拟时间等研究意义。然而,该平台并不擅长科学计算类应用中所涉及的快速迭代和子任务间通信。为此,在原子分解法基础上提出了三种解决方案并利用"读写HDFS同步法"实现短程作用力有效的分子动力学模拟的并行算法。在一个Hadoop集群上测试和分析了程序的可扩展性、加速比和各部分耗时情况,结果表明在大规模体系模拟中有较好的效果,最高取得了28倍的加速比。实验证明,Hadoop并行技术在分子模拟中有着较高的经济价值和实用价值。     

GPU并行计算集群上的LAMMPS分子动力学模拟性能测试

近年来GPU作为一种具有极强运算能力的多核处理器,得到了快速的发展,成为高性能计算领域的主要发展方向。各种分子动力学模拟的主流软件也纷纷使用GPU技术,其中LAMMPS较早地开发出了通用的并行GPU版本。本文利用nVIDIA公司最新Femi架构的Tesla C2050 GPU搭建了小型的基于LAMMPS的分子动力学模拟GPU并行计算集群,通过氩原子熔化的算例对集群性能进行了测试,测试的内容包括CPU集群、单节点单GPU、单节点多GPU以及多节点GPU集群。比较了各种情况的加速倍数并对造成性能改变的原因进行了讨论,分析了用于MD模拟的GPU并行计算集群性能的瓶颈所在,提出可能的解决方法,搭建集群时,充分考虑PCI总线的承受能力,对于集群效率的提高有很大好处。测试结果表明,集群的性能较高,相对于以往的单机以及CPU集群,计算的规模大大提高了,加速比也在20倍以上。可以预测,在未来一段时间内,多GPU并行是分子动力学模拟的发展方向。     

The effect of interatomic potentials on the molecular dynamics simulation of nanometric machining

One of the major tasks in a molecular dynamics (MD) simulation is the selection of adequate potential functions, from which forces are derived. If the potentials do not model the behaviour of the atoms correctly, the results produced from the simulation would be useless. Three popular potentials, namely, Lennard-Jones (LJ), Morse, and embedded-atom method (EAM) potentials, were employed to model copper workpiece and diamond tool in nanometric machining. From the simulation results and further analysis, the EAM potential was found to be the most suitable of the three potentials. This is because it best describes the metallic bonding of the copper atoms; it demonstrated the lowest cutting force variation, and the potential energy is most stable for the EAM.     

黄粉虫α-淀粉酶与抑制剂相互作用的分子动力学模拟

α-淀粉酶与抑制剂相互作用一直受到人们关注。本文利用hyperchem 7.5软件,在opls力场下,选择分子动力学方法,模拟了不同温度条件下,黄粉虫的α-淀粉酶与抑制剂相互作用。通过对势能数据分析,结果显示在280 K左右黄粉虫的α-淀粉酶与抑制剂相互作用最强。这与实验得出的最适温度较为吻合。