水在环氧树脂中扩散的分子动力学模拟

用分子动力学方法(MD)模拟水分子在TGDDM/DDS交联环氧树脂中的扩散,分析了温度和含水量对水在环氧聚合物中扩散系数的影响。基于Einstein公式,通过均方位移曲线计算的扩散系数表明,温度越高,水分子扩散系数越大,与文献中所给出的实验值相吻合:在含4个不同水浓度的环氧体系中,得到的水分子氧原子间的径向分布函数表明,含水量越高,存在于系统中的水越易以水分子簇形式存在。从微观上证实了模拟结果-扩散系数随水浓度的升高而增加,此结论也通过实验得到了证实。     

碳纳米管/聚乙烯界面分子构型的数值仿真

为研究在应力场和温度场作用下碳纳米管/不定型聚乙烯复合材料界面基体分子取向的变化历程,建立对应的复合材料分子模型.利用经典分子动力学的模拟方法,在对不同温度场碳纳米管表面高分子径向分布函数(Radial Distribution Function,RDF)分析的基础上,重点分析温度和拉伸应力对界面处基体分子取向参数的影响规律.结果表明:当温度从600 K降低到50 K时,界面基体分子的径向分布函数值和取向参数值分别提高140%和119%;当温度为50 K时,对复合材料施加0.01 ps-1的应变速率,当应变从0增加到0.24时,高分子链整体取向参数值提高19%.     

分子动力学方法模拟单链聚乙烯的结晶过程

采用分子动力学模拟方法了真空状态下单链聚乙烯从伸直链开始的结晶过程。结晶表明,整个模拟过程可以分成３个阶段。由于内聚能和熵的驱动,伸直链开始因各个σ键的内旋转和构象态跃迁而卷曲,聚集,渐渐形成具有一定密度的无规线团。这一阶段称为“内聚阶段”。     

论分子在受限碳纳米管中的模拟研究

21世纪得益于计算机技术的快速发展,分子动力学模拟技术也得到了很大的进步。相对于实验,分子动力学模拟的优越性不可替代。分子动力学模拟能够为实验提供更加准确的理论依据,有助于避免在实验过程中可能会遇到的各种无效操作,能够使实验更加有效。对于一些假设,尽管其提出有充分的理论依据,但在实验过程中依然不可避免的会遇到各种困难,而利用MD模拟的方法去验证这些假设则相对容易的多。该文主要通过对现阶段受限碳纳米管中分子动力学模拟的研究,从理论上分析了受限碳纳米管的性质和模拟方向,归纳总结了受限碳纳米管的一些性质和应用,进一步为以后的研究做准备。     

二氧化硅表面稠密的二氧化碳分子动力学模拟

采用分子动力学的方法研究二氧化硅表面二氧化碳的结构和扩散性质。二氧化碳在二氧化硅固体表面形成高密度层;而在远离固体表面处,流体的密度分布类似于宏观二氧化碳,取向分布比较随机。受固体表面的影响,二氧化碳的C-C径向分布函数第一峰的高度比宏观二氧化碳高。二氧化碳的密度分布和自由能分布有一明显的"镜面对称"的结构,高密度区域对应自由能的深阱。二氧化硅中的二氧化碳的自扩散行为是各向异性的,z方向的扩散由于固体面的作用明显受阻。由取向相关函数积分得到的二氧化硅表面流体的取向相关时间比宏观流体大的多,二氧化碳分子在固体表面再定位比较缓慢。     

H-POSS表面润湿性的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了水滴在多面体低聚倍半硅氧烷(H-POSS)固体表面的润湿性能,H-POSS分子和水分子分别采用COMPASS力场和SPC力场模型。模拟得到H-POSS基体密度为1.84g/cm~3,且X射线衍射模拟发现基体具有明显衍射峰,表现出晶体特性,说明COMPASS力场适用于H-POSS基体的构建与研究。H-POSS表面水接触角的模拟值为104.9°,具有疏水性能。通过直接水解法由三氯硅烷(HSiCl_3)实验合成出H-POSS样品,傅立叶红外表征(FT-IR)发现,在2260、1142和871cm~(-1)波数位置出现吸收峰,证实了所合成的样品为H-POSS。其表面水接触角的实验值为109.3°,与模拟值的相对误差仅为4%,说明分子动力学方法可应用于计算H-POSS材料表面润湿性。模拟结果还表明体系温度影响H-POSS材料的表面润湿性,增大体系温度,表面疏水性能降低。     

分子动力学方法模拟单链聚乙烯的结晶过程①

采用分子动力学     

分子模拟在碳纳米管研究中的应用

碳纳米管作为一种新型材料,是目前科研的热点,分子模拟在其中已经得到了广泛应用,并对碳纳米管的应用具有较好的指导意义。本文介绍了近几年国内外应用分子模拟技术辅助碳纳米管研究的部分工作,主要包括碳纳米管力学性能和电学性能的模拟、碳纳米管储气能力和反应性能的研究,以及在聚合物／碳纳米管复合材料中的应用等。     

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。     

硅的平衡态分子动力学模拟

平衡态分子动力学模拟是研究既定系统向所期望的平衡态演化的一种方法,不仅可预测平衡态的各种性质,还为动力学加载过程提供合理的初始条件.本文主要研究Free、NVT、NVE平衡态分子动力学模拟中系统宏观量的演化过程;并讨论如何根据不同的初始条件,选择恰当的平衡态模拟方法.     

非平衡分子动力学在炭膜气体分离CH4/CO2中的模拟研究

通过建立单孔狭缝模型,采用非平衡分子动力学方法研究CH_4/CO_2二元气体混合物通过管状炭膜的传递和分离特性,考察了系统温度、气体组成和膜孔径对通量的影响。模拟过程中将膜低势,区压力取为更符合实际情况的非零值(大于零)。研究结果表明,在温度为20℃～160℃范围内,随温度升高,CH_4的通量增加,CO_2的通量则先降低后升高(80℃出现最低值);随混合气中CH_4组成的增加,CO_2通量下降、CH_4通量升高;随膜孔径增大,CH_4通量先增后减(9.77 (?)时出现最大值)、CO_2通量则呈下降趋势。以上模拟结果与实验数据相比较,吻合良好。在此基础上,本文还考察了跨膜压差对过程的影响,发现CH_4和CO_2的通量均随跨膜压差的增大而增大,膜的分离性能则随之降低。本研究结果充分表明,所建模型能够正确地描述CH_4/CO_2气体混合物的炭膜分离过程。     

氯霉素分子印迹聚合物预组装过程的分子动力学研究

以氯霉素(CAP)为模板分子,甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为功能单体,采用分子动力学方法研究了不同预组装体系中CAP与功能单体的相互作用,考察了溶剂(氯仿、甲醇、乙腈)对预组装体系的影响,并采用试验方法验证模拟结果,最后研究了预组装体系中CAP与功能单体相互作用距离。结果表明:模拟结果与实验结果一致,在甲醇溶剂中,CAP与功能单体相互作用强弱顺序为MAA>AA>AM>MMA;乙腈溶剂中顺序为AM>MAA>AA>MMA。CAP与功能单体相互作用基团的距离在1.8~5.0,两者间可能存在较强的非共价结合作用。     

非平衡分子动力学模拟在炭膜气体分离中的研究进展

叙述了近年来非平衡分子动力学在炭膜气体分离中的研究进展,包括分子模拟方法的选取及非平衡分子动力学模拟的几个主要步骤;综述了气体混合物通过炭膜时传递和分离性能的影响因素(如孔结构及孔径大小、操作压力、温度、组分组成等);并对炭膜研究现状作了简要的概述,提出目前分子模拟在炭膜研究中所存在的问题,一方面是模型建立问题．另一方面是研究膜传递和分离机理性能所考察的影响因素还不够完善,加强对膜传递分离机理的研究,对膜的设计、制备及应用都有重要的指导意义。     

从常温到超临界条件下水的分子动力学模拟

采用MD模拟方法研究了从常温到超临界条件下不同状态水的微观结构、氢键结构及氢键松弛的动态性质。模拟结果表明,随着温度的升高,成键分子中O…O间的平均距离基本保持不变,O…H间距离增加,水分子的氢键作用逐渐减弱,形成氢键的两水分子O…O一H取向角的分布呈线型分布的概率降低;同一温度下密度的变化对O-O、O-H径向分布函数和氢键的键角分布的影响不大。由于温度升高使氢原子热运动增强,水的四面体结构缺陷增加,氢键的平均寿命显著缩短,温度是影响氢键平均寿命的主要因素。     

Molecular dynamics simulation of non-covalent single-walled carbon nanotube functionalization with surfactant peptides

Non-covalent functionalized single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) with improved solubility and biocompatibility can successfully transfer drugs, DNA, RNA, and proteins into the target cells. Theoretical studies such as molecular docking and molecular dynamics simulations in fully atomistic scale were used to investigate the hydrophobic and aromatic π–π-stacking interaction of designing four novel surfactant peptides for non-covalent functionalization of SWCNTs. The results indicated that the designed peptides have binding affinity towards SWCNT with constant interactions during MD simulation times, and it can even be improved by increasing the number of tryptophan residues. The aromatic content of the peptides plays a significant role in their adsorption in SWCNT wall. The data suggest that π–π stacking interaction between the aromatic rings of tryptophan and π electrons of SWCNTs is more important than hydrophobic effects for dispersing carbon nanotubes; nevertheless SWCNTs are strongly hydrophobic in front of smooth surfaces. The usage of aromatic content of peptides for forming SWCNT/peptide complex was proved successfully, providing new insight into peptide design strategies for future nano-biomedical applications.     

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.     

芳香氨基类化合物对铁缓蚀行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了2种芳香氨基类缓蚀剂（对氨基苯磺酸、2-氨基5-硝基苯甲酸）在Fe（110）表面的吸附行为,计算了吸附能,并对其缓蚀机理进行了深入分析,研究结果表明,芳香氨基类分子的极性端基会吸附在金属表面上,而非极性端基则背离金属表面,并通过自身的扭转形变实现稳定吸附;两种缓蚀剂膜均能有效阻碍溶液中的腐蚀介质向金属铁表面扩散,从而达到延缓金属腐蚀的目的。另从缓蚀剂膜阻碍腐蚀介质粒子（H₃O和H₃O⁺）向金属表面扩散的角度,研究了腐蚀介质粒子在2-氨基5-硝基苯甲酸缓蚀剂膜中的扩散行为,计算其扩散系数,结果表明,缓蚀剂膜能有效抑制腐蚀介质的迁移,削弱其腐蚀能力:与中性H₃O分子对比,缓蚀剂膜对H₃O⁺带电离子的扩散具有更强的抑制效果。     

纳米碳管中及自由状态下镍团簇形态与熔化的分子动力学研究

采用Rosato-Guillope-Legrand多体势分子动力学方法，模拟了（40，0）纳米碳管中及自由状态下Ni534原子团簇的形态与熔化特性，并对其差异进行了讨论。研究表明，温度T=300K时，碳管中及自由状态下的Ni534都具有晶体特征，但碳管中Ni534团簇的形态为与碳管同轴的单壁Ni管，而自由Ni534团簇为近似球形；碳管中Ni534团簇的熔点在900K以上，而自由Ni534团簇的熔点为696K左右。