分子動力學的案例
分子動力學模擬介紹
分子動力學簡介：
分子動力學方法是一種計算機模擬實驗方法，是研究凝聚態系統的有力工具。該技術不僅可以得到原子的運動軌跡，還可以觀察到原子運動過程中各種微觀細節。它是對理論計算和實驗的有力補充。廣泛應用于材料科學、生物物理和藥物設計等。經典MD模擬，其系統規模在一般的計算機上也可達到數萬個原子，模擬時間為納秒量級。2006年進行了三千二百億個原子的模擬（IBMlueGene/L）。
分子動力學總是假定原子的運動服從某種確定的描述，這種描敘可以牛頓方程、拉格朗日方程或哈密頓方程所確定的描述，也就是說原子的運動和確定的軌跡聯系在一起。在忽略核子的量子效應和Born-Oppenheimer絕熱近似下，分子動力學的這一種假設是可行的。所謂絕熱近似也就是要求在分子動力學過程中的每一瞬間電子都處于原子結構的基態。要進行分子動力學模擬就必須知道原子間的相互作用勢。
在分子動力學模擬中，我們一般采用經驗勢來代替原子間的相互作用勢，如Lennard-Jones勢、Mores勢、EAM原子嵌入勢、F-S多體勢。然而采用經驗勢必然丟失了局域電子結構之間存在的強相關作用信息，即不能得到原子動力學過程中的電子性質。
詳細介紹請見附件。
2、分子模擬的三步法和大致分類
三步法：
第一步：建模。包括幾何建模，物理建模，化學建模，力學建模。初始條件的設定，這里要從微觀和宏觀兩個方面進行考慮。
第二步：過程。這里就是體現所謂分子動力學特點的地方。包括對運動方程的積分的有效算法。對實際的過程的模擬算法。關鍵是分清楚平衡和非平衡，靜態和動態以及準靜態情況。
第三步：分析。這里是做學問的關鍵。你需要從以上的計算的結果中提取年需要的特征，說明你的問題的實質和結果。因此關鍵是統計、平均、定義、計算。
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LAMMPS分子動力學核心技術實戰培訓班
2020年10月30日—— 2020年11月2日 (線上直播)
課程目標：
1. LAMMPS分子動力學理論與軟件操作培訓，邊講解邊實踐操作。
2. 通過本課程的學習，學員熟練掌握LAMMPS分子動力學的原理、方法、軟件操作。
3. 學員基本具備獨立完成LAMMPS分子動力學的論文及實際科研工程的能力。
課程大綱
一、Lammps基礎與原理
MD模擬的基本邏輯思路
Lammps軟件學習框架
Lammps研究的幾方面重要資源
二、In文件的基本邏輯框架、基本命令
三、Lammps建模與進階
四、用Lammps模擬具體物理問題（應用中存在的問題）
五、用Lammps輸出研究所需要的數據信息
六，Lammps大量實例練習賞析（已發表文章）
七、LAMMPS高級研修及案例操作
另有
《分子動力學材料模擬》10月15---10月18日
有意者隨時聯系！
【咨詢電話】報名聯系方式：
李連杰(老師) 手機：13311241619 電話：010-56129268
備注：可以開具培訓費、會議費、資料費
lammps分子動力學QQ群號:753267868
分子動力學材料模擬QQ群群號：624464591
（加群備注：李連杰老師邀請）
展開 分子動力學原理及其軟件介紹
1、分子動力學簡介：
分子動力學方法是一種計算機模擬實驗方法，是研究凝聚態系統的有力工具。該技術不僅可以得到原子的運動軌跡，還可以觀察到原子運動過程中各種微觀細節。它是對理論計算和實驗的有力補充。廣泛應用于材料科學、生物物理和藥物設計等。經典MD模擬，其系統規模在一般的計算機上也可達到數萬個原子，模擬時間為納秒量級。2006年進行了三千二百億個原子的模擬（IBM lueGene/L）。
分子動力學總是假定原子的運動服從某種確定的描述，這種描敘可以牛頓方程、拉格朗日方程或哈密頓方程所確定的描述，也就是說原子的運動和確定的軌跡聯系在一起。在忽略核子的量子效應和Born-Oppenheimer絕熱近似下，分子動力學的這一種假設是可行的。所謂絕熱近似也就是要求在分子動力學過程中的每一瞬間電子都處于原子結構的基態。要進行分子動力學模擬就必須知道原子間的相互作用勢。
在分子動力學模擬中，我們一般采用經驗勢來代替原子間的相互作用勢，如Lennard-Jones勢 、Mores勢、EAM原子嵌入勢、F-S多體勢。然而采用經驗勢必然丟失了局域電子結構之間存在的強相關作用信息，即不能得到原子動力學過程中的電子性質。
詳細介紹請見附件。
2、分子模擬的三步法和大致分類
三步法：
第一步：建模。包括幾何建模，物理建模，化學建模，力學建模。初始條件的設定，這里要從微觀和宏觀兩個方面進行考慮。
第二步：過程。這里就是體現所謂分子動力學特點的地方。包括對運動方程的積分的有效算法。對實際的過程的模擬算法。關鍵是分清楚平衡和非平衡，靜態和動態以及準靜態情況。
第三步：分析。這里是做學問的關鍵。你需要從以上的計算的結果中提取年需要的特征，說明你的問題的實質和結果。因此關鍵是統計、平均、定義、計算。
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課程大綱
一、Lammps基礎與原理
MD模擬的基本邏輯思路
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Lammps研究的幾方面重要資源
二、In文件的基本邏輯框架、基本命令
三、Lammps建模與進階
四、用Lammps模擬具體物理問題（應用中存在的問題）
五、用Lammps輸出研究所需要的數據信息
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LAMMPS分子動力學核心技術實戰
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一、Lammps基礎與原理
MD模擬的基本邏輯思路
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展開 分子動力學簡介及入門
應用
分子動力學可以用于NPT，NVE，NVT等系綜的計算，是一種基于牛頓力學確定論的熱力學計算方法，與蒙特卡洛法相比在宏觀性質計算上具有更高的準確度和有效性，可以廣泛應用于物理，化學，生物，材料，醫學等各個領域。
另外，在實際應用中，經常把分子動力學方法和蒙特卡羅法聯合使用。
材料模擬及分子動力學實戰班.pdf
第十一期lammps分子動力學模擬核心技術培訓班(1).pdf
分子動力學仿真模擬
圖1：利用分子動力學計算的材料（此材料為Cr2O3固體）各種機械性質。
2. 熱力學性能：聲子態密度，比熱容（等容或等壓），熔點，熱膨脹系數（1D-3D），等溫壓縮系數，熱導率（僅限非金屬材料，例如石墨烯等），等等。
圖2：利用分子動力學計算的材料（此材料為銅-銀納米顆粒）熱力學各性質。
· 各尺度材料的動力學過程模擬與研究：
1. 材料的融化過程：例如金屬納米顆粒，高熵合金，等等。
圖3：利用分子動力學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程。
2. 顆粒在不同條件下的燒結過程：例如不同溫度，壓力 ，顆粒的大小，等等。
圖4：利用分子動力學模擬的銅銀納米顆粒及納米線在不同溫度下的燒結過程
3. 焊接過程：例如, 鎳、鋁納米顆粒與Inconel 718合金的浸潤或者焊接過程
圖5：利用分子動力學模擬的鎳納米顆粒在鎳基板上的浸潤過程以及焊接Inconel 718合金的過程
4. 固相或液相擴散過程：例如θ’-Al2Cu沉積相在鋁合金中的擴散及生長，可計算擴散系數，擴散激活能等。
圖6：利用分子動力學模擬的θ′-Al2Cu在鋁合金中的擴散過程。
來源：海納有限元服務號
展開 SCIGRESS--分子動力學及多功能分子設計模擬軟件包
SCIGRESS 先進的分子建模和可視化功能使得研究者可以方便的導入多種實驗方法所得的分子結構，也可以輕松的建立一個新的結構。除了豐富的建模工具外， SCIGRESS也提供了強大的計算引擎和全面的分析工具。
分子動力學計算引擎Materials Explorer是由日本FUJITSU公司開發的一種高效的商業化的多用途分子動力學軟件包。Materials Explorer功能非常強大，有63個力場供選擇，可以用來研究有機物、高聚物、生物大分子、金屬、陶瓷材料、半導體等晶體、非晶體、溶液、流體、液體 和氣體的相變、膨脹、壓縮系數、抗張強度、粘度、熱導率、缺陷等。小分子藥物與生物大分子的對接以及小分子藥物的構效關系一直是計算機輔助藥物設計中兩項 非常重要的內容。Scigress繼承了CAChe的功能，提供了這兩項計算功能。此外，Scigress還包括了使用廣泛的半經驗量化計算模塊。通過 Scigress，研究者可以完成掃描分子勢能面，確定化學反應機理，尋找反應過渡態，分析紅外紫外光譜，明確分子軌道中的電子躍遷，常規分子動力學模 擬，計算眾多材料體系的力學與熱力學性質，模擬晶體的外延生長與表面吸附的動態行為，預測小分子在多孔材料中的分布情況，列舉分子的低能構象，建立藥物分 子的構效關系模型，完成小分子藥物與生物靶標的對接等多種科研任務。
SCIGRESS 實現了Client-Server 構架。研究者可以簡便的利用位于Microsoft Windows 平臺下的界面進行建模和結果分析，把大量的計算任務分配到服務器或計算集群中進行。這樣就使得研究者可以對更大的體系進行更精確的模擬計算。
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LAMMPS分子動力學核心技術實戰培訓班
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展開 Gromacs分子動力學培訓通知
一，軟件介紹
GROMACS是一個用于分子動力學模擬和能量最小化的計算引擎。 科技的發展已然遍布世界，對于事物的探討尤其是對微觀動力學現象的研究越來越依賴于計算機。. 由此，模擬技術與實驗、理論三者的結合是現在以及未來被認可和推廣的研究手段。. 分子動力學模擬不僅可以解釋實驗現象，驗證理論結果，而且還發揮著預見性作用。. 其在生物、醫藥、材料、化學等學科領域均有廣泛應用。. 在分子動力學的模擬研究中，一款開源、自由、免費的軟件GROMACS得到了廣泛的應用。. 它可以用于幾百萬個粒子體系的分子動力學模擬研究，特別是生物體系，比如磷脂雙分子層生物膜、蛋白質、藥物分子等。另外，GROMACS能夠非常快速地計算非鍵作用，因此也可用于非生物體系，如聚合物、一些有機物、無機物等。
二.培訓方式
本次培訓全程線上授課, 采用一對一或者一對多方式進行, 以視頻方式授課，工程案例講解，答疑，技術交流，學員需要自行準備電腦。
三 培訓對象
需要使用Gromacs軟件進行科學研究的老師,學生以及其他研究人員.
四、培訓內容
針對gromacs軟件的常用模塊進行教學，包括蛋白與配體模擬分析，離子液體，小分子與細胞膜相互作用，同時介紹gromacs中的各分析模塊使用功能。具體內容如下：
1. 蛋白與配體模擬分析
蛋白質的預處理，配體分子建模
1.1分子動力學模擬的力場
1.2.分子動力學模擬的參數及方法
1.3復合物構象隨時間的變化
1.4.
展開 浙理工左彪Nature：聚合物表面分子動力學的表征和新機制
可見，表面不同尺度分子運動的控制因素出現差異：鏈段松弛由外表面分子運動能力決定，運動速率很快；而整鏈松弛則主要由動力學受限的內部分子的運動能力決定。表面不同尺度分子松弛機制的差異改變了表面高分子黏彈性，使得低溫下纏結高分子體系表面分子的橡膠平臺區域增長；并造成非纏結聚合物表面分子出現短暫的橡膠彈性態（即表面“瞬時橡膠態”；如圖1b），表現出類似普通拓撲纏結對高分子黏彈性影響的效果，故稱為“偽纏結”。并且，還發現表面分子動力學失耦和時-溫等效原則失效等顯著區別于本體分子的動力學行為。
圖2. (a) 表面分子運動能力深度分布和高分子鏈構象示意圖；τ代表鏈段松弛時間（τ1 < τ3 < τ5< τ7< τbulk）；(b)低于纏結分子量聚合物表面鏈段均方位移與時間的依賴關系。從圖b可見，溫度較低時，非纏結高分子表面出現橡膠平臺。
研究結果揭示了分子運動能力深度分布對表面高分子鏈運動的關鍵影響，深化了科學界對固體高分子表面動力學的認識，是界面科學和高分子科學一次重要研究突破。“偽纏結”機制的提出和表面“瞬時橡膠態”的發現加深了我們對材料磨損、摩擦、粘結、自愈合等界面現象本質的理解，為高分子材料加工、制備、結構設計和性能應用提供重要指導。并且，表面高分子獨特動力學行為還將激發大量實驗和理論工作研究這一問題，發展描述界面高分子動力學的新理論，豐富高分子科學內涵，推動物質科學的發展。
感謝國家自然科學基金、浙江省自然科學基金和浙江理工大學對項目研究的支持！
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GROMACS分子動力學模擬技術與應用培訓班
關于舉辦“GROMACS分子動力學模擬技術與應用”培訓班的通知
各有關單位:
分子動力學模擬可以通過多款軟件進行，根據需要不同可以選擇不同的軟件。其中GROMACS的應用是最廣泛的，該軟件功能強大，用戶友好，能夠滿足幾乎所有常見的原子體系模擬需要、而且免費開源。采用GROMACS進行分子動力學計算分析從而指導進一步的實驗工作，預測理論結果。不論你從事計算化學，生物醫學或者其他領域的研究, 理解并實踐分子模擬都能給你一些新的的思考方式，增強你對新問題的分析力與洞察力，應新老客戶的科研需求，北京軟研國際信息技術研究院特舉辦“GROMACS分子動力學模擬技術與應用”培訓班，本次培訓由互動派（北京）教育科技有限公司具體承辦，具體相關事宜通知如下：
一、培訓特色：
1、小班授課，培訓教室配備有電腦（每人一臺）、服務器、投影；
2、對知識進行系統講解，由淺入深，配合案例解析邊講邊練，讓學員能運用模擬軟件針對每個技術點進行上機操作；授課老師和助教現場解決學員提出的各種專業問題，針對性的分析學員需求并提供指導，從而更好地滿足學員不同方面的科研需求；
3、課堂上邀請學員進入專屬班級交流群，分享內部資料，學員學完后可以繼續在班級群與老師同學交流問題。另外隨著課程的不斷優化，我們為老學員提供了專屬增值服務，參加一次培訓，后期本人可以免費再參加一次。
二、時間地點：
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、報名費用：
每人￥3300元（含報名費、培訓費、資料費），食宿費用自理。
展開 分子動力學模擬 心得 適合新手
在完成了這些，可以說你已經把最主要的分子動力學程序都完成了。
那么，接下來就是復雜的分子動力學算法了，試著選擇PR算法來代替Anderson壓強算法，然后選擇Metric-tensor來代替PR算法；選擇 Nose-Poincare來代替Nose-Hoover算法，選擇Generalized-Leap-Frog算法來替代預測校正算法，用Wolf來替代Ewalds算法，這些一步步的改進都會讓你有很多新的發現。你會覺得你的程序達到了現在大部分軟件包沒有的功能。隨著規模的增大，你可以選擇 Verlet列表，原胞列表、結合法以及快速排序來實現鄰位算法，如果再有了openmp并行計算的加入，你會發現你的程序已經有了一個質的突破。
當這些都完成了以后，接下來就可以改變勢函數來模擬不同的材料了，而且你對分子動力學的理解也會上升到一個新的高度，此外，其余相關的結果也不會是問題了，例如，彈性模量的計算，MSD，徑向分布函數等等。你可以直接的加入代碼來實現你想要的過程。
很多好的文章請關注微信公眾號： 互動派教育
http://flac3d.cn/hdp/grom/zwt.html
http://www.hdpaii.com/
展開 基于MS進行CO2驅瀝青質沉積分子動力學模擬
因此,本文通過MS軟件進行分子動力學模擬，分析瀝青質沉積對CO2驅油的效果。
1. 建立基礎模型
通過MS的建模功能，構建出，樹脂，瀝青質和烷烴等模型，瀝青質-Fe模型，以及在體系內填充CO2后的模型。
2. 下一步對體系進行優化，使體系能量達到最穩定的狀態。
在Geometry Optimization optimization會話框里設置Algorithm算法為Smart，實際模擬時可參考文獻中的信息來選擇；對Convergence tolerance收斂公差進行設置，點擊Quality設置為Ultra-fine，后面的Energy、Force、Displacement幾個參數自動進行調整；設置Max.iterations最大迭代次數為50000。
3. 對體系進行分子動力學模擬。
使用力場為文獻中常用的COMPASS力場，對體系分別進行200ps的NVT和200PS的NPT（可進行不同溫度以及壓力下的模擬）分子動力學模擬。對最終輸出的體系進行500PS的NVE分子動力學體系。收集其MSD和RDF，以及擴散系數。
如圖為分子動力學模擬后的模型圖(部分圖)：
4. 如圖為通過MS腳本計算各物質之間的相互作用：
最后,歡迎通過公眾號"320科技工作室"與我們聯絡
展開 基于GROMACS的有機物萃取過程分子動力學模擬
關鍵詞：GROMACS；有機物；萃取; 分子動力學；packmol
有機物萃取作為一種重要的分離和提純技術，廣泛應用于石油化工、環境保護、制藥等領域。通過液-液萃取過程，有機溶劑與目標有機物在液相中相互作用，從而實現高效分離。然而，由于萃取過程涉及到復雜的分子間相互作用，傳統實驗方法難以精確揭示其微觀機制。隨著分子動力學模擬技術的發展，基于GROMACS的有機物萃取過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的有機物萃取過程的分子模擬技術及其應用前景。
一、分子動力學模擬與GROMACS簡介
分子動力學模擬（MD）是一種通過數值計算解決分子和原子間相互作用的經典力學方程的方法。它通過追蹤分子在特定條件下的運動軌跡，能夠為我們提供關于分子結構、動力學性質和熱力學行為的詳細信息。GROMACS（GROningen MAchine for Chemical Simulations）是一款高效的分子動力學模擬軟件，廣泛應用于生物分子模擬、材料科學和化學反應動力學等領域。由于其高度優化的計算性能，GROMACS成為了研究液-液萃取過程和有機物分子行為的理想工具。
二、初始模型的構建
本案例主要探究乙醚有機物在水和甲苯之間的分配，模擬乙醚的萃取過程。乙醚，甲苯采用GAFF力場，水分子采用spce水模型。首先用Packmol建立水，甲苯，乙醚分子數分別為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、模擬結果分析
經過能量最小化和10ns的模擬，萃取過程相分離如圖2所示。剛開始體系各相均勻混合，經過1ns后，發生略微相分離，而模擬到10ns后，幾乎發生完全的相分離。
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