分子動(dòng)力學(xué)模擬的若干基礎(chǔ)應(yīng)用和理論.pdf

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

2、結(jié)行為、客體的運(yùn)動(dòng)、主體及包結(jié)物的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)等存在重要影響。模擬結(jié)果表明，分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)加上適當(dāng)?shù)木幊碳夹g(shù)可以細(xì)微地觀察到實(shí)驗(yàn)技術(shù)所無(wú)法看到的許多微觀景象特別是動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的圖像，也可以證實(shí)和解釋某些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，為實(shí)驗(yàn)研究提供理論解釋和佐證。對(duì)以金簇包裹不對(duì)稱(chēng)硫醚鏈形成的納米粒子為例的分子間作用研究表明，無(wú)論是物理吸附還是化學(xué)吸附，無(wú)論金核是晶型、準(zhǔn)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?yàn)槠渚哂芯w或類(lèi)晶

3、體的結(jié)構(gòu)；冠是穩(wěn)定的，因?yàn)殒溚ㄟ^(guò)采取彎曲構(gòu)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?yàn)榻鸷宋芥満蠓擎I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(gòu)象以降低系統(tǒng)能量及保持內(nèi)核的穩(wěn)定性。而對(duì)鏈間相關(guān)性的研究結(jié)果表明，冠中鏈通過(guò)相互作用形成一個(gè)個(gè)相關(guān)組，每個(gè)組中苯環(huán)通過(guò)平行和垂直兩種方式相互關(guān)聯(lián)，這種相關(guān)性為鏈間電子的傳輸提供了可能性。 為能利用分子動(dòng)力學(xué)模擬研究化學(xué)鍵斷裂，創(chuàng)造性提出了一種全新的用

4、于對(duì)烷烴裂解行為進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬的勢(shì)能函數(shù)一RPMD勢(shì)，并據(jù)此開(kāi)發(fā)了一種新的力場(chǎng)一CRACK力場(chǎng)。應(yīng)用CRACK力場(chǎng)，利用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法對(duì)正辛烷和正癸烷的熱裂解行為進(jìn)行了研究。研究表明，RPMD勢(shì)確實(shí)能描述化學(xué)鍵斷裂和分子間重組行為。對(duì)裂解產(chǎn)物分布的分析也得到了與實(shí)驗(yàn)可以相比較的產(chǎn)物分布結(jié)果。多數(shù)模擬結(jié)果都是可以接受的，說(shuō)明RPMD勢(shì)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(yīng)勢(shì)的提出可以給利用分子動(dòng)力學(xué)研究各種簡(jiǎn)單

5、反應(yīng)過(guò)程動(dòng)力學(xué)提供一新的手段。 最后，利用分子動(dòng)力學(xué)對(duì)物質(zhì)的某些物理性質(zhì)如柴油降凝過(guò)程及機(jī)理、各向異性材料TATB的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。通過(guò)模擬首次提出，原子的自擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的突變可以用于判斷液體的凝點(diǎn)；利用一種常壓分子動(dòng)力學(xué)新方法可以對(duì)各向異性材料的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行計(jì)算。 通過(guò)本論文的研究，增進(jìn)了對(duì)若干微觀過(guò)程和現(xiàn)象本質(zhì)的了解，同時(shí)也進(jìn)一步豐富了分子動(dòng)力學(xué)的研究手段，拓寬了其應(yīng)用領(lǐng)域，為將來(lái)分子動(dòng)力學(xué)方法在更多領(lǐng)域的廣泛