计算材料学实验(燕友果)实验四-介观动力学模拟

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1、实验四:介观动力学模拟一.MS1、介观模拟简介长期以来,化学家致力于从分子水平研究物质及其变化,而化学工程工作者主要研究物质在宏观体系的行为,介观层次的化学正是联系微观及宏观的桥梁,是从分子到材料的必由之路,同生命过程也有密切的关联。由于介观模拟能够模拟的空间尺度(纳米到微米)、时间尺度(纳秒到微妙)更大,应用介观模拟方法可以模拟更加复杂的体系,例如:高分子熔体,高分子稀溶液自组装,表面活性剂溶液自组装,磷脂膜等胶体化学,高分子,牛物大分子相关的内容。目前介观模拟的方法很多,例如耗散颗粒动力学模拟方法(dissi

2、pativeparticledynamics,DPD),它是根据Hoogerbrugge和Koelman提出的一种针对柔性(soft)球模型流体动力学的模拟,并通过引入粒子间的谐振动势,来模拟聚合物的性质;元胞动力学方法(CDS),基于重整化群理论,对时间相关的Ginzburg-Landau方程直接用数值计算的方法在离散空间上进行描述。其中单个元胞的演化通常用双曲正切函数表示;动态密度泛函方法(DDFT或MesoDyn),应用于高分子体系,建立在粗粒化高斯链模型的基础上,实际上是一个动态的自洽场方法,使用了朗之万

3、方程(LangevirTsequation)来描述体系演化的动力学。(1)MS-Mesocite简介MSMesocite是一个基于粗粒度模拟方法的、可以对广泛体系进行模拟研究的分子力学工具集,模拟的对彖大小尺寸在纳米到微米尺度范围,相应地,模拟变化的时间范围落在纳秒至微秒区间。MSMesocite的模拟对象遍及多种工业领域,比如复合材料、涂料、化妆品以及药物控缓释等,它可以提供流体在平衡态下、在有剪切力存在下以及其它受限制条件下的结构与动力学性质。MSMesocite的突出特点是使用完全区别于传统介观模拟技术,转

4、而采用力场(Forcefield)方法—比如MSMartini力场一来描述粗粒度之间的相互作用,从而得到体系的结构、和动力学特性,分析函数主要有角度分布,密度分布,径向分布两数,二面角分布,均方根位移等。同时,您还可以使用力场编辑工具对MSMesocite的力场进行编辑,以获得满足特殊要求的力场,从而拓展了MSMesocite的应用范围。应用mesocite进行动力学模拟时,最主要的是得到精确的力场。Martini力场,是由Marrink提出的,可以应用于生物分了体系。Martin力场中包括四种主要的力场类型:极

5、性(polar-P)>非极性(apolar-C)>无极性(nonpolar-N)>带电(charged-Q)o每种力场类型又分为若干子类型,极性和非极性根据极性高低下分有五种类型(用下坐标1-5表示),无极性和带电的更具氢键结合能力分为四种类型(d■氢键供体,a氢键受体,da■两个都有,o■都没有),这样使得Martini力场能够更加精确的描述体系性质,应用于更多不同的有机分子体系。二.实验目的1、了解介观模拟方法及应用领域2、了解Martini力场的3、掌握mesocite模块的基木操作三、实验内容以下以介观动

6、力学模拟脂质双分子层为例,熟悉mesocite的基本操作。1、打开MS,选择creatednewproject,键入CG-bilayer作为工程的名称,点击OKo本实例是在软件所有参数在默认的情况下进行的,选择Tools-SettingsOrganizer,选中CG-bilayer,点击Reset□2、建脂质分子,建模过程要用到Mesostructuretoolbar*能田番工具栏中没有此建模工具,点击菜单栏中的view-toolbar-mesostructure,调出此建模工具。(1)点击BeadTypes按钮

7、課,打开BeadTypes对话框。点击Properties...按钮,打开BeadTypeProperties对话框,点击Defaults...按钮,设置Mass为72,Radius为2.35,关闭BeadTypeDefaults和BeadTypeProperties对话框。在BeadTypes对话框中,定义一下珠子类型:C、GL、P0和NC,关闭对话框。(2)点击Mesomolecule按钮几,打开BuildMesomolecule对话框。定义粗粒化分子,依次选择4个C、1个GL、1个PO、1个GL和4个C,确

8、定不选Randomizeorderwithinrepeatunit,点击Build按钮。在Mesomolecule.xsd文件中左击PO珠子,删除BuildMesomolecule对话框中所有的珠子。选中Addtobranchpoints,点击more...按钮,打开MesomoleculeBranches对话框。设置Numberofbranchestoattach为1,

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