Amorphous cell
關(guān)注創(chuàng)建者：320科技工作室 創(chuàng)建時間：2020-10-05
Amorphous cell的實例教程
模擬退火 基于不同溫度點的動力學模擬，實現(xiàn)體系的反復(fù)升、降溫過程，輔助掃描勢能面，尋找最優(yōu)的分子構(gòu)象、吸附構(gòu)象等
水分子與云母（mica_2d）建模優(yōu)化過程
首先在晶體庫中導(dǎo)入云母分子并且利用Amorphous Cell模塊建立密度為1g/cm3的水分子晶格常數(shù)和云母分子設(shè)為一致，以便之后進行接合建模。
mica_2d
H2O
Amorphous Cell Calculation 設(shè)置參數(shù)如下
建模如下
下面利用Forcite模塊進行分子動力學模擬
以Forcite模塊中的幾何優(yōu)化( GeometryOptimization)Smart方法來消除原子間距離過近或是重疊等情況，生成動力學模擬的初始構(gòu)型。之后在Dynamics下進行分子動力學模擬，NVT系綜，溫度設(shè)為298.0 K，Universial力場，Noose-HoverLangevin控溫,靜電作用使用Ewald方法,van der Waals力則以Atom based 求解，截斷半徑cutoff為12.5A。
動力學模擬結(jié)果與初始結(jié)構(gòu)對比
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展開 (2)建造多分子水的無定型體系
選擇菜單欄Modules上的Amorphous Cell，在下拉列表中選擇Construction，打開Amorphous Cell Construction對話框。點擊Add按鈕將水分子添加到體系中，單擊Constituent molecules欄中Number下的數(shù)字，設(shè)為500。相應(yīng)的，溫度298K；Number of configurations填1；Cell type選Periodic cell(設(shè)置體系含有周期性邊界條件)；水密度0.997g/cc。在Setup選項卡中，選用Compass力場；Job description可設(shè)置任務(wù)名稱。
點擊Construct開始構(gòu)建，在Project explorer中出現(xiàn)了一個新的名為Sketch 1 AC Constr的文件夾。計算結(jié)束后產(chǎn)生一個包含500個水分子無定形體系的軌跡文檔Sketch 1.xtd，如下圖。
1.動力學模擬
(1)優(yōu)化體系
構(gòu)建好的水分子無定形體系需要用Discover模塊中的Minimizer對其進行優(yōu)化，打開Discover Minimizer對話框相關(guān)設(shè)置如下圖，然后點擊Minimize按鈕開始優(yōu)化。
優(yōu)化結(jié)束后，會在Project Explorer中創(chuàng)建了一個新目錄Sketch 1 Disco Min，當任務(wù)完成時，最小化的結(jié)構(gòu)會被存放到這個新目錄下。
(2)動力學模擬
用Discover模塊中的Dynamics對體系進行平衡計算，打開Discover Molecular Dynamics對話框，下圖所示。
展開 圖1 不同物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)模型
2、構(gòu)建Amorphous cell模型
利用Materials Studio (MS)中的Amorphous cell模塊，在COMMPASSII力場條件下構(gòu)建兩個模型：（1）模型包含10個PIP分子和320個水分子；（2）10個PIP分子、40個TBP分子、1個含2重復(fù)單元PPTA。
（a） （b）
圖1 兩個模型（a：PPI）（b：PPI-PPTA）
（a）（b）（c）
圖2 兩個模型的AC參數(shù)（a：PPI）（b：PPI-PPTA）（c：模型參數(shù)）
2、模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化
使用Forcite 模塊對上述混合有機相模型分別進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使其達到最佳的模型結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的能量體系。模型參數(shù)如圖3所示。收斂和能量數(shù)據(jù)如圖5所示。
圖3兩個模型的Forcite 模型參數(shù)
（a）
（b）
圖4 模型的收斂以及能量數(shù)據(jù)（a：PPI）（b：PPI-PPTA）
3、動力學優(yōu)化
對上述結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的模型繼續(xù)進行動力學優(yōu)化。
1. NVT模式下100ps。動力學參數(shù)如圖5所示，動力學計算結(jié)果如圖6所示。
圖5 動力學優(yōu)化參數(shù)
（a）
圖6 計算平衡后的能量和溫度數(shù)據(jù)（a：PPI）（b：PPI-PPTA）
2.NPT模式下100ps，動力學參數(shù)如圖7所示，動力學計算結(jié)果如圖8所示。
展開 主要運用的模塊：Forcite、Dmol3、Sorption、Amorphous Cell等。
圖2 Forcite模塊建立的分子動力學模型
圖3 三種腐蝕介質(zhì)粒子在緩蝕劑膜D中擴散模型
工作室可計算和分析的內(nèi)容大概如下：
（1）搭建各種高分子、無定型聚合物、晶體以及界面模型，對小分子、高分子、晶體以及無定型聚合物等進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到合理的3D分子模型，鍵能、鍵長、鍵角以及相應(yīng)的振動模式，HOMO和LUMO軌道，紅外譜圖和拉曼譜圖等。
（2）計算多個物質(zhì)間（小分子間、無定型聚合物間、界面間等）的相互作用能、結(jié)合能，包括分子間相互作用（氫鍵、靜電相互作用等），化學鍵相互作用（共價鍵、配位鍵、離子鍵等）。
（3）對體系進行分子動力學模擬，體系平衡后，對體系中的物質(zhì)進行RDF（徑向分布函數(shù)）分析，MSD（均方根位移）分析，鍵長、鍵角以及末端距等結(jié)構(gòu)變化分析等。
（4）分析化學反應(yīng)過程，搜索反應(yīng)的過渡態(tài)，從化學反應(yīng)的熱力學和動力學角度去判斷化學反應(yīng)的過程、反應(yīng)的難易程度等，計算化學反應(yīng)的勢能變化（△E），焓變（△H），自由能變化（△G）等。
（5）模擬不同壓力和溫度等條件下，吸附劑骨架對吸附質(zhì)分子的吸附過程，得到飽和吸附量、吸附的最佳位點、吸附能、吸附熱等，判斷骨架與分子的吸附形式（物理吸附與化學吸附）。
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展開 利用 Visualizer 模塊構(gòu)建基礎(chǔ)分子模型
腐蝕介質(zhì)粒子：HCO3- 、H3O+、H2O以及咪睉啉類緩蝕劑分子
建立界面模型
利用 amorphous cell 模塊分別構(gòu)建包含緩蝕劑分子的無定形組織結(jié)構(gòu)，采用(NVT)進行分子動力學模擬，平衡后統(tǒng)計體系密度的平均值，并把該值作為計算體系中緩蝕劑膜的密度。模擬體系由三層結(jié)構(gòu)組成:第一層為 Fe(001)面；第二層為包含80個緩蝕劑分子和1個腐蝕介質(zhì)粒子的無定形組織結(jié)構(gòu)；第三層是厚度為 2nm的真空層。如圖為本文模擬所需的計算模型：
模型結(jié)構(gòu)優(yōu)化
使用Forcite 模塊對上述模型分別進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使其達到最佳的模型結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的能量體系。模型參數(shù)和收斂和能量數(shù)據(jù)如圖所示：
分子動力學過程：
腐蝕介質(zhì)粒子在緩蝕劑膜中的擴散行為的模擬通過forcite模塊的正則系綜(NVT)來實現(xiàn),模擬溫度為 298 K，溫度采用 Andersen方法控制，各分子起始速度由Maxwell-Boltzmann分布隨機產(chǎn)生，運用 velocityverlet 算法叫求解牛頓運動方程.
通過溫度和能量判據(jù)來判斷體系是否已達到平衡，下圖為緩蝕劑分子在緩蝕劑膜中擴散時體系的能量和溫度隨時間演化曲線：
分子動力學后的穩(wěn)定構(gòu)型：
MSD曲線：
結(jié)論：
?緩蝕劑膜均可有效阻礙腐蝕介質(zhì)向金屬表面擴散，從而達到緩蝕效果。
?同種緩蝕劑膜對帶電粒子擴散的抑制能力明顯強于對中性粒子。
展開 
Amorphous cell的相關(guān)專題、標簽、搜索
Amorphous cellSOLAR CELLabaqus切割cellabaqus劃分cellabaqus合并cellabaqus創(chuàng)建cell a viscoelastic-viscoplastic constitutive model and its finite elementimplementation of amorphous polymersa viscoelastic-viscoplastic constitutive model and its finite element implementation of amorphous polymersmore than one cell in the cell zonemore than one cell in the cell zone groupp.set(cells=cells, name='volume1')cells
Amorphous cell的最新內(nèi)容
利用 Visualizer 模塊構(gòu)建基礎(chǔ)分子模型
腐蝕介質(zhì)粒子：HCO3- 、H3O+、H2O以及咪睉啉類緩蝕劑分子
建立界面模型
利用 amorphous cell 模塊分別構(gòu)建包含緩蝕劑分子的無定形組織結(jié)構(gòu)，采用(NVT)進行分子動力學模擬，平衡后統(tǒng)計體系密度的平均值，并把該值作為計算體系中緩蝕劑膜的密度。
Amorphous Cell：允許建立無定型系統(tǒng)的代表性模型，并對主要性質(zhì)進行預(yù)測，研究內(nèi)聚能密度、狀態(tài)方程行為等。
Reflex：模擬晶體材料的X光、中子以及電子粉末衍射圖譜，幫助確定晶體結(jié)構(gòu)并解析衍射數(shù)據(jù)。
DMol3：獨特的密度泛函量子力學程序，可以模擬氣相、溶液、表面及固體等過程及性質(zhì)。
圖1 不同物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)模型
2、構(gòu)建Amorphous cell模型
利用Materials Studio (MS)中的Amorphous cell模塊，在COMMPASSII力場條件下構(gòu)建兩個模型：（1）模型包含10個PIP分子和320個水分子；（2）10個PIP分子、40個TBP分子、1個含2重復(fù)單元PPTA。
TBP CH2ClBr LiBPh4 KBPh4
Mg(BPh4)2 H2O
圖1 不同物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)模型
2、構(gòu)建分子動力學模型
利用Materials Studio (MS)中的Amorphous cell模塊構(gòu)建混合有機相模型，模型包含10個LiBPh4分子、10個KBPh4分子、10個Mg(BPh4)2分子、40個TBP分子、40個CH2ClBr
Cell
對復(fù)雜的無定型系統(tǒng)建立有代表性的模型，并對主要性質(zhì)進行預(yù)測，模型較大，包含大量的原子（數(shù)萬乃至更多）
Adsorption Locator
蒙特卡洛退火方法
Blends
Conformers
為柔性分子結(jié)構(gòu)提供構(gòu)像搜索算法和分析工具
(2)建造多分子水的無定型體系
選擇菜單欄Modules上的Amorphous Cell，在下拉列表中選擇Construction，打開Amorphous Cell Construction對話框。點擊Add按鈕將水分子添加到體系中，單擊Constituent molecules欄中Number下的數(shù)字，設(shè)為500。
mica_2d
H2O
Amorphous Cell Calculation 設(shè)置參數(shù)如下
建模如下
下面利用Forcite模塊進行分子動力學模擬
主要運用的模塊：Forcite、Dmol3、Sorption、Amorphous Cell等。
