高分子构象模拟研究中的monte carlo方法

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1、http://www.hxtb.org化学通报2011年hxtb@iccas.ac.cn高分子构象模拟研究中的MonteCarlo方法李海普，钟志辉，李星，宋振伟（中南大学化学化工学院，长沙，410083）摘要介绍了MonteCarlo方法及其特点，进而分析了MonteCarlo用于高分子模拟的优势，并描述了两种模拟模型。论文重点综述了近年来MonteCarlo方法在高分子构象模拟中的一些研究与应用，并展望了MonteCarlo方法在高分子构象模拟中的发展趋势和前景。关键词MonteCarlo分子模拟高分子构象MonteCarlomethodsanditsa

2、pplicationsinconformationsimulationofpolymerLiHaipu，ZhongZhihui，LiXing，SongZhenwei(CollegeofChemistryandChemicalEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410083)AbstractInthearticle,MonteCarlomethodanditscharacteristicareintroduced,itsadvantageintheconformationsimulationofpolymera

3、refurtheranalyzed,andtwosimulationmodelsarealsodescribed.WithemphasisonthedevelopmentofMonteCarloinconformationsimulations,theapplicationsofthemethodduringtheresearchofpolymerconformationinconfinedspaceandnon-confinedspacearesummarized,andthetrendsandprospectsfortheMonteCarlosimula

4、tionsofpolymerconformationsforfuturearespeculated.KeywordsMonteCarlomethod,molecularsimulation,polymer,conformation高分子作为一类重要的材料和工业助剂，在很多领域都表现出了优越的性能，高分子的性质往往与其微观结构密切相关，不同构象的高分子有时会表现出截然不同的性质，因此对于高分子微观构象的研究受到了国内外学者的广泛关注1-3。实验分析测定是高分子构象研究的基本途径之一，主要有光谱分析和衍射分析等，实验研究对设备的要求比较高，操作比较复杂，对于构象

5、信息的采集也非常有限4。随着研究从宏观到微观、亚分子水平、分子水平的不断发展，科研人员已不满足仅仅用实验手段来研究高分子。计算机模拟作为一种重要的研究手段逐渐受到高分子研究人员的青睐，成为研究高分子构象的有力手段5-7。MonteCarlo方法是一种随机抽样方法，对于复杂大分子模拟的算法相对比较简单，计算效率也比分子动力学模拟更高，因而在高分子构象、聚合物结晶、高分子膜材料、聚合反应等方面的模拟中得到了广泛应用。近年来，高分子构象的MonteCarlo模拟研究发展迅速，在这方面国内外都发表了大量的研究工作。本文简单的介绍了MonteCarlo模拟方法，重点综

6、述了近年来MonteCarlo方法在高分子构象模拟中的一些研究进展。1.MonteCarlo方法及其在高分子模拟中的优势MonteCarlo方法也称为统计模拟方法或者随机抽样方法，是一种以概率和统计为基础的数值计算方法，于20世纪40年代中期被提出，最初是用于中子扩散方面的计算，因它的随机抽样性特点而被用摩纳哥赌城的名字为其命名8。MonteCarlo方法将所求解的问题与事件发生的概率相结合，利用计算机实现抽样统计以获得问题的近似解，非常适合用来求解随机性问题，因此被广泛的应用于计算数学、经济学、生物医学、核科学、高分子科学等领域。目前分子模拟的方法有很多：

7、量子力学法、分子力学法、分子动力学方法以及MonteCarlohttp://www.hxtb.org化学通报2011年hxtb@iccas.ac.cn方法等。量子力学以电子的非定域化为基础，用波函数表示电子的行为，用于大分子的模拟却有一定的局限性，所需的体系太大，模拟效率不高。分子力学法是基于分子经典力学的计算方法，利用分子力场构建合理的势能函数来计算分子的能量和构象。它可以计算复杂分子的稳定构象，但只能得到绝对零度下的分子结构。分子动力学是基于分子力场和牛顿运动力学所发展起来的计算方法，精准度非常高，它和MonteCarlo方法都可以用来获取各种温度下分子

8、的平衡结构，此外它还可用于研究某状态下分子构象的变化