分子動力學模擬的若干基礎應用和理論.pdf

1、分子動力學是分子模擬中正迅速崛起的一種方法，被廣泛應用于計算系統(tǒng)的熱力學、動力及結構等性質，具有廣闊的發(fā)展空間和良好的應用前景。本論文以分子動力學模擬為研究手段，對其在一些基礎及理論研究諸如主客體包結、納米粒子分子間作用、化學鍵斷裂及物質的某些物理性質等領域的應用進行了許多新的嘗試和系統(tǒng)性研究，獲得了許多有益的結果。 對以環(huán)糊精為主體、甲基苯酚異構體為客體的主客體包結研究表明，范德華作用、氫鍵作用、疏水作用和溶劑效應對主客體的包

2、結行為、客體的運動、主體及包結物的動態(tài)結構等存在重要影響。模擬結果表明，分子動力學模擬技術加上適當?shù)木幊碳夹g可以細微地觀察到實驗技術所無法看到的許多微觀景象特別是動態(tài)結構的圖像，也可以證實和解釋某些實驗現(xiàn)象，為實驗研究提供理論解釋和佐證。對以金簇包裹不對稱硫醚鏈形成的納米粒子為例的分子間作用研究表明，無論是物理吸附還是化學吸附，無論金核是晶型、準晶型還是非晶型，納米粒子都能穩(wěn)定地存在。模擬得出的解釋是，金核是穩(wěn)定的，因為其具有晶體或類晶

3、體的結構；冠是穩(wěn)定的，因為鏈通過采取彎曲構象增加了鏈間的相互作用從而降低了能量；能量是允許的，因為金核吸附鏈后非鍵能大幅降低；一定條件下受熱是穩(wěn)定的，因溫度升高后鏈采取了更為彎曲的構象以降低系統(tǒng)能量及保持內核的穩(wěn)定性。而對鏈間相關性的研究結果表明，冠中鏈通過相互作用形成一個個相關組，每個組中苯環(huán)通過平行和垂直兩種方式相互關聯(lián)，這種相關性為鏈間電子的傳輸提供了可能性。 為能利用分子動力學模擬研究化學鍵斷裂，創(chuàng)造性提出了一種全新的用

4、于對烷烴裂解行為進行分子動力學模擬的勢能函數(shù)一RPMD勢，并據(jù)此開發(fā)了一種新的力場一CRACK力場。應用CRACK力場，利用分子動力學模擬方法對正辛烷和正癸烷的熱裂解行為進行了研究。研究表明，RPMD勢確實能描述化學鍵斷裂和分子間重組行為。對裂解產物分布的分析也得到了與實驗可以相比較的產物分布結果。多數(shù)模擬結果都是可以接受的，說明RPMD勢的思路是可行的，盡管在定量上仍存在一定的偏差。這一新的反應勢的提出可以給利用分子動力學研究各種簡單

5、反應過程動力學提供一新的手段。 最后，利用分子動力學對物質的某些物理性質如柴油降凝過程及機理、各向異性材料TATB的力學性質進行了研究。通過模擬首次提出，原子的自擴散系數(shù)隨溫度的突變可以用于判斷液體的凝點；利用一種常壓分子動力學新方法可以對各向異性材料的力學性質進行計算。 通過本論文的研究，增進了對若干微觀過程和現(xiàn)象本質的了解，同時也進一步豐富了分子動力學的研究手段，拓寬了其應用領域，為將來分子動力學方法在更多領域的廣泛