分子模擬的案例
分子動(dòng)力學(xué)模擬介紹
有了這三步，你就可以做一個(gè)好的分子動(dòng)力學(xué)專(zhuān)家了。推而廣之，其實(shí)所謂的介觀(guān)模擬，蒙特卡羅模擬、有限元模擬都是一個(gè)道理。
大致分類(lèi)：
2.1電子模擬（量化計(jì)算，DFT）
?量子化學(xué)計(jì)算，一般處理幾個(gè)到幾十個(gè)原子；常見(jiàn)軟件：GAUSSIAN，NWCHEM等
?密度泛函（DFT），可以算到上百個(gè)原子；常見(jiàn)軟件：VASP
2.2分子模擬（分子動(dòng)力學(xué)，蒙特卡洛）
2.2.1分子級(jí)別的模擬
?分子水平的模擬，以分子的運(yùn)動(dòng)為主要模擬對(duì)象，采用經(jīng)驗(yàn)性的分子間作用函數(shù)模擬微粒之間的作用。一般情況下不考慮電子轉(zhuǎn)移效應(yīng)，因而不能準(zhǔn)確模擬化學(xué)成鍵作用
?發(fā)展最早
?1950s，Alder，勞倫斯利物默實(shí)驗(yàn)室，分子動(dòng)力學(xué)模擬32個(gè)原子
?1950s，Metropolis，洛斯阿洛莫斯實(shí)驗(yàn)室，蒙特卡洛模擬32個(gè)原子
?分子級(jí)別的模擬應(yīng)用的領(lǐng)域很廣，廣泛應(yīng)用于化學(xué)，物理，生物，化工，材料，機(jī)械，治藥等領(lǐng)域
?簡(jiǎn)單易學(xué)
2.2.2蒙特卡洛方法
?蒙特卡洛是一種優(yōu)化方法，通過(guò)蒙特卡洛算法來(lái)尋求能量最優(yōu)點(diǎn)
?隨機(jī)方法：通過(guò)系綜平均來(lái)求取宏觀(guān)性質(zhì)，模擬的是平衡狀態(tài)，不涉及時(shí)間效應(yīng)（KMC除外）
?優(yōu)點(diǎn)是可以跨越時(shí)間因素，缺點(diǎn)是得不到有關(guān)時(shí)間信息的性質(zhì)
2.3CPMD:考慮量子效應(yīng)的分子動(dòng)力學(xué)
?同時(shí)考慮原子核的運(yùn)動(dòng)（牛頓力學(xué)）和電子的運(yùn)動(dòng)（量子力學(xué)），能同時(shí)準(zhǔn)確模擬物理作用和化學(xué)鍵作用
?目前來(lái)說(shuō)CPMD可以處理的體系還很小（幾十個(gè)原子）
2.4顆粒方法（CoarseGrain）
?
展開(kāi) 關(guān)于分子動(dòng)力學(xué)模擬的入門(mén)書(shū)籍
參考書(shū)的話(huà)，其實(shí)有很多，不過(guò)到底看哪方面的內(nèi)容就要靠自己了：
分子模擬方面的經(jīng)典書(shū)籍：Understanding molecular simulation: From algorithms to applications 和 Molecular Modelling - Principles and Applications ，兩本書(shū)的側(cè)重點(diǎn)有些不同。
中文書(shū)籍：《分子模擬的理論與實(shí)踐》《計(jì)算化學(xué)——從理論化學(xué)到分子模擬》中的部分章節(jié)；
偏統(tǒng)計(jì)和計(jì)算物理方面：Statistical Mechanics: Algorithms and Computations。
展開(kāi) 分子動(dòng)力學(xué)模擬的入門(mén)書(shū)籍 [推薦]【轉(zhuǎn)】
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中文書(shū)籍：《分子模擬的理論與實(shí)踐》《計(jì)算化學(xué)——從理論化學(xué)到分子模擬》中的部分章節(jié)；
偏統(tǒng)計(jì)和計(jì)算物理方面：Statistical Mechanics: Algorithms and Computations。
轉(zhuǎn)自知乎。原帖鏈接：http://www.baidu.com/link?url=Qmnn8-SZeqtuoQM2PgtojTIzgxERToPjRMUg5tmiyCU1NLPkbFfgnCuLCN5XwfQo&wd=&eqid=c26ed11d00005cac0000000355c1ccd1
展開(kāi) 基于GROMACS的有機(jī)物萃取過(guò)程分子動(dòng)力學(xué)模擬
關(guān)鍵詞：GROMACS；有機(jī)物；萃取; 分子動(dòng)力學(xué)；packmol
有機(jī)物萃取作為一種重要的分離和提純技術(shù)，廣泛應(yīng)用于石油化工、環(huán)境保護(hù)、制藥等領(lǐng)域。通過(guò)液-液萃取過(guò)程，有機(jī)溶劑與目標(biāo)有機(jī)物在液相中相互作用，從而實(shí)現(xiàn)高效分離。然而，由于萃取過(guò)程涉及到復(fù)雜的分子間相互作用，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法難以精確揭示其微觀(guān)機(jī)制。隨著分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)的發(fā)展，基于GROMACS的有機(jī)物萃取過(guò)程分子模擬為我們提供了新的研究手段。本文將探討基于GROMACS的有機(jī)物萃取過(guò)程的分子模擬技術(shù)及其應(yīng)用前景。
一、分子動(dòng)力學(xué)模擬與GROMACS簡(jiǎn)介
分子動(dòng)力學(xué)模擬（MD）是一種通過(guò)數(shù)值計(jì)算解決分子和原子間相互作用的經(jīng)典力學(xué)方程的方法。它通過(guò)追蹤分子在特定條件下的運(yùn)動(dòng)軌跡，能夠?yàn)槲覀兲峁╆P(guān)于分子結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和熱力學(xué)行為的詳細(xì)信息。GROMACS（GROningen MAchine for Chemical Simulations）是一款高效的分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件，廣泛應(yīng)用于生物分子模擬、材料科學(xué)和化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域。由于其高度優(yōu)化的計(jì)算性能，GROMACS成為了研究液-液萃取過(guò)程和有機(jī)物分子行為的理想工具。
二、初始模型的構(gòu)建
本案例主要探究乙醚有機(jī)物在水和甲苯之間的分配，模擬乙醚的萃取過(guò)程。乙醚，甲苯采用GAFF力場(chǎng)，水分子采用spce水模型。首先用Packmol建立水，甲苯，乙醚分子數(shù)分別為1764，300，30的混合體系，輸入文件如圖1所示：
圖1 packmol 輸入文件
三、模擬結(jié)果分析
經(jīng)過(guò)能量最小化和10ns的模擬，萃取過(guò)程相分離如圖2所示。剛開(kāi)始體系各相均勻混合，經(jīng)過(guò)1ns后，發(fā)生略微相分離，而模擬到10ns后，幾乎發(fā)生完全的相分離。
展開(kāi) 
達(dá)索官方 | 4月25日，分子模擬在油田化學(xué)和催化煉化中的應(yīng)用，報(bào)名開(kāi)啟>>
wx_fmt=png&from=appmsg" width="167"></p><p><strong>端木鵬博</strong></p><p>東方科軟BIOVIA材料科學(xué)高級(jí)技術(shù)工程師</p><p>主要致力于分子模擬的深度應(yīng)用，并在這一領(lǐng)域里積累了7年的專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)。運(yùn)用Materials Studio軟件，涉足于功能材料的多個(gè)研究層面，如性質(zhì)預(yù)測(cè)、配方篩選以及工藝優(yōu)化等。同時(shí)，其研究也廣泛應(yīng)用于多個(gè)行業(yè)，包括動(dòng)力電池、能源材料，交通運(yùn)輸,航空航天等領(lǐng)域。善于利用材料仿真以及數(shù)據(jù)科學(xué)來(lái)進(jìn)行新材料的設(shè)計(jì)工作。</p><p><br></p><p><strong>4月25日下午14:00， 達(dá)索系統(tǒng)技術(shù)咨詢(xún)部BIOVIA解決方案顧問(wèn)胡銳骎、東方科軟BIOVIA材料科學(xué)高級(jí)技術(shù)工程師端木鵬博將為您帶來(lái)“分子模擬在油田化學(xué)和催化煉化中的應(yīng)用”的線(xiàn)上研討會(huì)</strong>，通過(guò)提供先進(jìn)的預(yù)測(cè)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)幫助科研工作者了解復(fù)雜的催化反應(yīng)和工業(yè)應(yīng)用機(jī)理，破譯分子和原子行為，助力研發(fā)流程優(yōu)化。本次分享專(zhuān)注于Materials Studio的學(xué)術(shù)研究和工業(yè)應(yīng)用，旨在以基礎(chǔ)研究創(chuàng)新來(lái)驅(qū)動(dòng)新能源材料科學(xué)行業(yè)的發(fā)展。掃描海報(bào)二維碼或者</p><div contenteditable="false" width="100%"><figure class="figure-link" data-title="點(diǎn)擊立即報(bào)名" data-link="https://webcast.imc-china.com.cn/index/html/nl0h5clvxn/reg.html?
展開(kāi) 基于GROMACS的納米水滴蒸發(fā)分子模擬
關(guān)鍵詞：GROMACS；納米水滴；蒸發(fā); 分子動(dòng)力學(xué)；packmol
隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展，納米尺度的液體動(dòng)力學(xué)已經(jīng)成為材料科學(xué)、化學(xué)工程以及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。尤其是納米水滴的蒸發(fā)過(guò)程，因其在制備納米材料、涂層技術(shù)和微流控系統(tǒng)中的重要應(yīng)用，備受關(guān)注。了解納米水滴在不同環(huán)境條件下的蒸發(fā)行為，對(duì)于控制和優(yōu)化納米材料的生產(chǎn)、提高微納尺度設(shè)備的性能具有重要意義。近年來(lái)，基于分子動(dòng)力學(xué)模擬的研究為這一領(lǐng)域提供了深入的理解和理論支持。本案例將探討基于GROMACS的納米水滴蒸發(fā)分子模擬過(guò)程。
一、分子動(dòng)力學(xué)模擬與GROMACS簡(jiǎn)介
分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬是一種通過(guò)數(shù)值方法解決經(jīng)典力學(xué)方程的計(jì)算方法，用于模擬分子和原子層次的物質(zhì)行為。在納米尺度的研究中，MD模擬提供了比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法更為直觀(guān)和詳細(xì)的物質(zhì)內(nèi)部動(dòng)態(tài)信息。通過(guò)MD模擬，可以追蹤分子和原子在模擬時(shí)間內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而揭示物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)及其演化過(guò)程。
GROMACS（GROningen MAchine for Chemical Simulations）是當(dāng)前廣泛應(yīng)用的分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件，具有高效的計(jì)算能力和靈活的配置選項(xiàng)，支持多種不同類(lèi)型的分子動(dòng)力學(xué)模擬，并廣泛應(yīng)用于納米物理學(xué)、化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等領(lǐng)域。
二、初始模型的構(gòu)建
在本案例中，我們模擬純水納米液滴的蒸發(fā)過(guò)程，水分子采用spce水模型。
展開(kāi) GROMACS分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)與應(yīng)用培訓(xùn)班
關(guān)于舉辦“GROMACS分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)與應(yīng)用”培訓(xùn)班的通知
各有關(guān)單位:
分子動(dòng)力學(xué)模擬可以通過(guò)多款軟件進(jìn)行，根據(jù)需要不同可以選擇不同的軟件。其中GROMACS的應(yīng)用是最廣泛的，該軟件功能強(qiáng)大，用戶(hù)友好，能夠滿(mǎn)足幾乎所有常見(jiàn)的原子體系模擬需要、而且免費(fèi)開(kāi)源。采用GROMACS進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析從而指導(dǎo)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)工作，預(yù)測(cè)理論結(jié)果。不論你從事計(jì)算化學(xué)，生物醫(yī)學(xué)或者其他領(lǐng)域的研究, 理解并實(shí)踐分子模擬都能給你一些新的的思考方式，增強(qiáng)你對(duì)新問(wèn)題的分析力與洞察力，應(yīng)新老客戶(hù)的科研需求，北京軟研國(guó)際信息技術(shù)研究院特舉辦“GROMACS分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)與應(yīng)用”培訓(xùn)班，本次培訓(xùn)由互動(dòng)派（北京）教育科技有限公司具體承辦，具體相關(guān)事宜通知如下：
一、培訓(xùn)特色：
1、小班授課，培訓(xùn)教室配備有電腦（每人一臺(tái)）、服務(wù)器、投影；
2、對(duì)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)講解，由淺入深，配合案例解析邊講邊練，讓學(xué)員能運(yùn)用模擬軟件針對(duì)每個(gè)技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行上機(jī)操作；授課老師和助教現(xiàn)場(chǎng)解決學(xué)員提出的各種專(zhuān)業(yè)問(wèn)題，針對(duì)性的分析學(xué)員需求并提供指導(dǎo)，從而更好地滿(mǎn)足學(xué)員不同方面的科研需求；
3、課堂上邀請(qǐng)學(xué)員進(jìn)入專(zhuān)屬班級(jí)交流群，分享內(nèi)部資料，學(xué)員學(xué)完后可以繼續(xù)在班級(jí)群與老師同學(xué)交流問(wèn)題。另外隨著課程的不斷優(yōu)化，我們?yōu)槔蠈W(xué)員提供了專(zhuān)屬增值服務(wù)，參加一次培訓(xùn)，后期本人可以免費(fèi)再參加一次。
二、時(shí)間地點(diǎn)：
每年都有舉辦，最新一期安排在
2018年12月20日——12月23日 西安
三、報(bào)名費(fèi)用：
每人￥3300元（含報(bào)名費(fèi)、培訓(xùn)費(fèi)、資料費(fèi)），食宿費(fèi)用自理。
展開(kāi) Schrodinger分子動(dòng)力模擬與建模工作站配置探討
Schrodinger分子動(dòng)力模擬與建模工作站配置探討
Schrodinger是計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域?yàn)樯茖W(xué)和材料研究提供解決方案領(lǐng)先者，是世界一流的分子建模、藥物設(shè)計(jì)和材料科學(xué)軟件集合，由AutoQSAR，Demond，F(xiàn)EP+、Maesrto 、MS Combi、MS Jaguar、Bioluminate、KNIME Extensions、Canvas、Glide、WaterMap等軟件組合而成.其中：
藥物發(fā)現(xiàn)：包含從頭設(shè)計(jì)、虛擬篩選、等級(jí)順序化合物、結(jié)構(gòu)細(xì)化和準(zhǔn)備、可視化和工作流程、生物制劑建模等，
材料科學(xué)：原子級(jí)仿真可以幫助您在開(kāi)始合成和測(cè)試之前確定最有前途的結(jié)構(gòu)和成分，從而可以加快新材料的開(kāi)發(fā)。從有機(jī)電子產(chǎn)品到特種化學(xué)品再到聚合物制造
Schrodinger Desmond高性能分子動(dòng)力學(xué)模擬
Desmond結(jié)合了速度和準(zhǔn)確性，可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的分子動(dòng)力學(xué)模擬，從而使用戶(hù)可以檢查具有重要生物學(xué)和藥學(xué)意義的事件。Desmond與Maestro無(wú)縫集成，可提供全面的設(shè)置，仿真和分析工具，支持GPU加速
FEP +用于藥物發(fā)現(xiàn)的高性能自由能計(jì)算FEP +結(jié)合了非常精確的力場(chǎng)（OPLS3e）和改進(jìn)的采樣算法，這些采樣算法利用GPU的高性能提供了前所未有的精度來(lái)提供結(jié)合自由能，為啟用結(jié)構(gòu)的藥物發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目提供了重要價(jià)值。
展開(kāi) 基于GROMACS的小分子自組裝分子動(dòng)力學(xué)模擬
關(guān)鍵詞：GROMACS；小分子；自組裝；分子動(dòng)力學(xué)；回轉(zhuǎn)半徑
背景介紹
小分子自組裝過(guò)程廣泛存在于材料、生命與能源體系中，其微觀(guān)機(jī)理關(guān)乎膠束/囊泡形成、層狀有序相的出現(xiàn)以及功能納米結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。相比僅觀(guān)察宏觀(guān)現(xiàn)象，分子動(dòng)力學(xué)（MD）能在原子尺度直接揭示小分子的自組裝機(jī)理，直觀(guān)體現(xiàn)其自組裝過(guò)程，從而為藥物，納米材料設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
本案例基于GROMACS軟件，模擬分析匹格列酮四聚體的分子自組裝過(guò)程。
初始模型構(gòu)建
首先利用Packmol構(gòu)建匹格列酮四聚體模型，盒子大小為3*3*3，packmol輸入文件如圖1所示：
圖1 Packmol 輸入文件
所構(gòu)建的匹格列酮四聚體初始模型結(jié)構(gòu)如圖2所示：
圖2 匹格列酮四聚體初始模型結(jié)構(gòu)
首先進(jìn)行能量最小化：
gmx grompp -f em.mdp -c mix.gro -p top.top -o em.tpr -maxwarn 1
gmx mdrun -v -deffnm em
能量最小化后進(jìn)行2 ns的平衡模擬:
gmx grompp -f md.mdp -c em.gro -p top.top -o md.tpr -maxwarn 1
gmx mdrun -v -deffnm md
模擬分析
經(jīng)過(guò)2ns的平衡模擬后，可以看到四個(gè)匹格列酮小分子已經(jīng)成功發(fā)生了自組裝，如圖3所示：
圖3 模擬2ns后匹格列酮四聚體結(jié)構(gòu)
我們進(jìn)一步分析匹格列酮四聚體的回轉(zhuǎn)半徑:
gmx gyrate -f md.xtc -s md.tpr -p
可以看到，在初始50ps的模擬過(guò)程中，分子間距離迅速收縮，表明自組裝過(guò)程已經(jīng)在進(jìn)行。
展開(kāi) 分子動(dòng)力學(xué)仿真模擬
圖1：利用分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算的材料（此材料為Cr2O3固體）各種機(jī)械性質(zhì)。
2. 熱力學(xué)性能：聲子態(tài)密度，比熱容（等容或等壓），熔點(diǎn)，熱膨脹系數(shù)（1D-3D），等溫壓縮系數(shù)，熱導(dǎo)率（僅限非金屬材料，例如石墨烯等），等等。
圖2：利用分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算的材料（此材料為銅-銀納米顆粒）熱力學(xué)各性質(zhì)。
· 各尺度材料的動(dòng)力學(xué)過(guò)程模擬與研究：
1. 材料的融化過(guò)程：例如金屬納米顆粒，高熵合金，等等。
圖3：利用分子動(dòng)力學(xué)模擬的銅銀納米顆粒以及鋁-銅-鐵-鉻-鎳高熵合金納米顆粒的融化過(guò)程。
2. 顆粒在不同條件下的燒結(jié)過(guò)程：例如不同溫度，壓力 ，顆粒的大小，等等。
圖4：利用分子動(dòng)力學(xué)模擬的銅銀納米顆粒及納米線(xiàn)在不同溫度下的燒結(jié)過(guò)程
3. 焊接過(guò)程：例如, 鎳、鋁納米顆粒與Inconel 718合金的浸潤(rùn)或者焊接過(guò)程
圖5：利用分子動(dòng)力學(xué)模擬的鎳納米顆粒在鎳基板上的浸潤(rùn)過(guò)程以及焊接Inconel 718合金的過(guò)程
4. 固相或液相擴(kuò)散過(guò)程：例如θ’-Al2Cu沉積相在鋁合金中的擴(kuò)散及生長(zhǎng)，可計(jì)算擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散激活能等。
圖6：利用分子動(dòng)力學(xué)模擬的θ′-Al2Cu在鋁合金中的擴(kuò)散過(guò)程。
來(lái)源：海納有限元服務(wù)號(hào)
展開(kāi) 《Nature Reviews Materials》膠體物質(zhì)的全合成：包括水凝膠/膠化/分子模擬等
圖
7：分子模擬結(jié)構(gòu)。
a 玻璃化發(fā)生在被迫快速組裝的系統(tǒng)中，而結(jié)晶則發(fā)生在粒子緩慢組裝時(shí)。b 帶有排斥（灰色）和有吸引力（綠色）斑塊的 Janus 粒子形成了幾種模擬分子兩親物的結(jié)構(gòu)，例如雙層和膠束。c 互補(bǔ)粒子的行為類(lèi)似于離子，可以組裝成各種離子晶體結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可以通過(guò)幾何特性進(jìn)行調(diào)整，例如粒度比。d 膠體碳模擬物是通過(guò)顆粒間和顆粒內(nèi)反應(yīng)的組合合成的。
參考文獻(xiàn)
：
doi.org/10.1038/s41578-021-00323-x
版權(quán)聲明
：「
高分子材料科學(xué)
」旨在分享學(xué)習(xí)交流高分子聚合物材料學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展。上述僅代表作者個(gè)人觀(guān)點(diǎn)。商業(yè)轉(zhuǎn)載，投稿，薦稿或合作請(qǐng)后臺(tái)聯(lián)系編輯。感謝各位關(guān)注！
展開(kāi) 
分子動(dòng)力學(xué)模擬-礦物表面潤(rùn)濕性
關(guān)鍵詞：頁(yè)巖油，分子動(dòng)力學(xué)，lammps，gromacs，界面張力，最小混相壓力
摘要：分子模擬方法在探究納米尺度下分子間相互作用方面展現(xiàn)出巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。因此，本文采用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法，研究礦物表面潤(rùn)濕性。
通過(guò)我這套LAMMPS, GROMACS代碼，你可以實(shí)現(xiàn)不同氛圍氣體，不同溫度下的潤(rùn)濕性-接觸角計(jì)算。這套代碼還可以把氣體換成油，水中加入表面活性劑，助溶劑，離子等，進(jìn)行研究。
MS，LAMMPS，GROMACS均可以實(shí)現(xiàn)，這里介紹LAMMPS，GROAMCS流程。
1，初始模型構(gòu)建：初始模型是氣-水-壁面模型，使用PACKMOL構(gòu)建，使用lammps也可以用lammps建模
2，選擇力場(chǎng)：CO2可用TRAPPE，EPM2力場(chǎng)，H2O用SPC/E力場(chǎng)，油用OPLS-AA力場(chǎng)，黏土礦物用clayff力場(chǎng)
3，進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬：能量最小化-平衡動(dòng)力學(xué)-生產(chǎn)動(dòng)力學(xué)
4，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可分析密度分布，擴(kuò)散系數(shù)，相互作用力參數(shù)等
5，提供LAMMPS in文件，data文件; GROMACS：mdp，top，inp，pdb，gro，xtx等文件
首先設(shè)置一個(gè)初始尺寸較大的模擬盒子，如圖1所示。
體系設(shè)置為NVT系綜，可以設(shè)置多個(gè)溫度，觀(guān)察溫度的影響。壓力由氣體數(shù)量決定。麻煩點(diǎn)可以在體系上面加一個(gè)板子，用NEMD壓板子。這個(gè)體系8ns就穩(wěn)定了。
圖2是 6ns的穩(wěn)定構(gòu)象。
圖3 是接觸角的二維密度分布。
圖4 是密度分布，還可分析相互作用能
圖5 顯示了親水礦物可能不存在接觸角
圖6-圖7 是溫度-壓力對(duì)接觸角的影響。
展開(kāi) 基于MS進(jìn)行CO2驅(qū)瀝青質(zhì)沉積分子動(dòng)力學(xué)模擬
因此,本文通過(guò)MS軟件進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，分析瀝青質(zhì)沉積對(duì)CO2驅(qū)油的效果。
1. 建立基礎(chǔ)模型
通過(guò)MS的建模功能，構(gòu)建出，樹(shù)脂，瀝青質(zhì)和烷烴等模型，瀝青質(zhì)-Fe模型，以及在體系內(nèi)填充CO2后的模型。
2. 下一步對(duì)體系進(jìn)行優(yōu)化，使體系能量達(dá)到最穩(wěn)定的狀態(tài)。
在Geometry Optimization optimization會(huì)話(huà)框里設(shè)置Algorithm算法為Smart，實(shí)際模擬時(shí)可參考文獻(xiàn)中的信息來(lái)選擇；對(duì)Convergence tolerance收斂公差進(jìn)行設(shè)置，點(diǎn)擊Quality設(shè)置為Ultra-fine，后面的Energy、Force、Displacement幾個(gè)參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整；設(shè)置Max.iterations最大迭代次數(shù)為50000。
3. 對(duì)體系進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬。
使用力場(chǎng)為文獻(xiàn)中常用的COMPASS力場(chǎng)，對(duì)體系分別進(jìn)行200ps的NVT和200PS的NPT（可進(jìn)行不同溫度以及壓力下的模擬）分子動(dòng)力學(xué)模擬。對(duì)最終輸出的體系進(jìn)行500PS的NVE分子動(dòng)力學(xué)體系。收集其MSD和RDF，以及擴(kuò)散系數(shù)。
如圖為分子動(dòng)力學(xué)模擬后的模型圖(部分圖)：
4. 如圖為通過(guò)MS腳本計(jì)算各物質(zhì)之間的相互作用：
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展開(kāi) Discovery Studio 藥物發(fā)現(xiàn)與生物大分子計(jì)算模擬平臺(tái)
Discovery Studio? (簡(jiǎn)稱(chēng)DS), 是基于Windows/Linux系統(tǒng)和個(gè)人電腦、面向生命科學(xué)領(lǐng)域的新一代分子建模和模擬平臺(tái)。它服務(wù)于生命科學(xué)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)生物學(xué)家、藥物化學(xué)家、結(jié)構(gòu)生物學(xué)家、計(jì)算生物學(xué)家和計(jì)算化學(xué)家。為科學(xué)家提供易用的生物大分子模擬和藥物設(shè)計(jì)工具。通過(guò)高質(zhì)量的圖形、多年驗(yàn)證的技術(shù)以及集成的環(huán)境，Discovery Studio（DS）將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的保存、管理與專(zhuān)業(yè)水準(zhǔn)的建模、模擬工具集成在一起，為研究隊(duì)伍的合作與信息共享提供平臺(tái)。
基于Materials studio模擬石英狹縫中的水分子自擴(kuò)散行為
水分子在石英狹縫中的自擴(kuò)散現(xiàn)象，便是這樣一個(gè)值得深入研究的領(lǐng)域。這一過(guò)程不僅與地質(zhì)礦物和流體的相互作用密切相關(guān)，更對(duì)新型催化劑設(shè)計(jì)、地下水污染修復(fù)以及納米限域傳質(zhì)等課題產(chǎn)生著深遠(yuǎn)影響。然而，由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段在時(shí)空分辨率上的局限，科研人員長(zhǎng)期面臨“看不見(jiàn)、測(cè)不準(zhǔn)”的困境。幸運(yùn)的是，隨著分子模擬技術(shù)的進(jìn)步，這一難題正在逐步被攻克，而Material Studio作為領(lǐng)域內(nèi)備受認(rèn)可的工具，正成為研究者們探索微觀(guān)世界的“科學(xué)之眼”。
在Material Studio構(gòu)建的虛擬實(shí)驗(yàn)中，石英狹縫的原子結(jié)構(gòu)以三維模型清晰呈現(xiàn)。當(dāng)水分子被引入狹縫空間時(shí)，軟件通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬，精準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)了溫度、壓力以及表面化學(xué)性質(zhì)對(duì)分子運(yùn)動(dòng)的影響。科研人員可以直觀(guān)地觀(guān)察到：水分子如何在石英表面的羥基作用下形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，又如何在熱漲落效應(yīng)的驅(qū)動(dòng)下打破平衡，在狹縫內(nèi)形成自發(fā)的定向擴(kuò)散。
通過(guò)軟件生成的動(dòng)態(tài)視頻，數(shù)千個(gè)分子的集體行為被轉(zhuǎn)化為顏色漸變、軌跡追蹤的可視化結(jié)果，甚至能夠逐幀分析單個(gè)分子的旋轉(zhuǎn)與平移細(xì)節(jié)。美國(guó)加州大學(xué)的一個(gè)課題組曾利用這一功能，成功揭示了水分子在納米多孔石英中的異常擴(kuò)散系數(shù)波動(dòng)現(xiàn)象。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Dr. Smith評(píng)價(jià)道：“傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)只能提供擴(kuò)散速率的平均值，而Material Studio的模擬結(jié)果讓我們第一次‘看到’局部微區(qū)中分子的聚集與離散過(guò)程，這對(duì)設(shè)計(jì)高精度過(guò)濾膜至關(guān)重要。”
Material Studio的核心優(yōu)勢(shì)在于其整合了量子力學(xué)、分子力學(xué)與介觀(guān)尺度的多層次算法。以石英-水體系為例，研究者可以先通過(guò)量子力學(xué)計(jì)算優(yōu)化石英表面羥基的電荷分布，再切換至分子力學(xué)模塊模擬水分子的擴(kuò)散軌跡，最終利用介觀(guān)模型預(yù)測(cè)宏觀(guān)滲透率。這種“從電子到設(shè)備”的全鏈條分析，使得微觀(guān)機(jī)制的解讀能夠直接服務(wù)于工程參數(shù)的預(yù)測(cè)。
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