分子动力学模拟计算水分子扩散系数ppt课件.pptx
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1、分子动力学模拟计算水分子扩散系数分子动力学模拟计算水分子扩散系数计算材料学实验计算材料学实验1、实验目的、实验目的(1)了解分子动力学方法的原理。)了解分子动力学方法的原理。(2)熟练)熟练MS软件构建分子和体相的基本操作。软件构建分子和体相的基本操作。(3)掌握分子动力学模拟的基本步骤。)掌握分子动力学模拟的基本步骤。(4)掌握粒子扩散系数的计算方法。)掌握粒子扩散系数的计算方法。2、实验原理、实验原理( 1)分子动力学模拟()分子动力学模拟(molecular dynamics simulation,简称,简称MD)方)方法首先是由法首先是由Alder和和Wainwright提出的,现已逐
2、渐成为预测系统特性、提出的,现已逐渐成为预测系统特性、验证理论和改进模型的计算工具。验证理论和改进模型的计算工具。 MD方法的方法的基本思想基本思想是把物质看成由原子和分子组成的粒子系统,是把物质看成由原子和分子组成的粒子系统,从该体系的某一假定的位能模型出发,并假定体系粒子的运动遵循经典从该体系的某一假定的位能模型出发,并假定体系粒子的运动遵循经典力学或量子力学描述的规律,若已知粒子的所有受力作用,则可以求解力学或量子力学描述的规律,若已知粒子的所有受力作用,则可以求解出运动方程而得到系统中全体粒子在相空间中的轨道,然后统计得到系出运动方程而得到系统中全体粒子在相空间中的轨道,然后统计得到系
3、统的热力学参数、结构和输运特性等。也就是由体系的微观性质来求算统的热力学参数、结构和输运特性等。也就是由体系的微观性质来求算其宏观性质,其宏观性质,属于微观尺度的模拟技术。属于微观尺度的模拟技术。2、实验原理、实验原理(2)均方根位移:分子动力学计算系统中原子由起始位置不停移动,)均方根位移:分子动力学计算系统中原子由起始位置不停移动,每一瞬间位置皆不同。以每一瞬间位置皆不同。以 表示时间表示时间t时粒子时粒子i的位置。粒子位移平方的位置。粒子位移平方的平均值称为均方根位移(的平均值称为均方根位移(Mean Square Displacement=MSD):):(3)粒子扩散系数:根据爱因斯坦
4、扩散定律:)粒子扩散系数:根据爱因斯坦扩散定律:式中式中D为粒子的扩散系数,当时间很长时,均方根位移曲线的斜率就是为粒子的扩散系数,当时间很长时,均方根位移曲线的斜率就是6D,因此可以通过分子动力学计算,因此可以通过分子动力学计算MSD曲线斜率得到粒子的扩散系数。曲线斜率得到粒子的扩散系数。( )ir t 2( )( )(0)MSDR tr tr2lim( )(0)6tr trDt3、实验内容、实验内容(1)回顾创建工程和构建分子的基本操作;)回顾创建工程和构建分子的基本操作;(2)构建水体系并进行分子动力学模拟;)构建水体系并进行分子动力学模拟;(3)计算水分子的扩散系数。)计算水分子的扩散
5、系数。3.1回顾创建工程和构建分子的基本操作回顾创建工程和构建分子的基本操作(1)创建工程)创建工程(2)构建分子)构建分子3.2构建纯水体系并进行分子动力学模拟。构建纯水体系并进行分子动力学模拟。(1)构建水分子,命名:)构建水分子,命名:water。3.2构建纯水体系并进行分子动力学模拟。构建纯水体系并进行分子动力学模拟。(2)构型优化:)构型优化:点击点击discover模块中模块中setup,在,在Energy中选择力场中选择力场compass;在;在Typing中点击中点击Calculate,对分子分配电荷和立场参数。,对分子分配电荷和立场参数。点击discover模块中Minimi
6、zer,选择Smart Minimizer方法,精度选择Medium,点击Minimize,开始进行优化。3.2构建纯水体系并进行分子动力学模拟。构建纯水体系并进行分子动力学模拟。(3)定义)定义Group:选中优化后的整个水分子,点击Modify-Charges选择Charge Group,然后点击Define。3.2构建纯水体系并进行分子动力学模拟。构建纯水体系并进行分子动力学模拟。(4)构建水盒子:)构建水盒子:打开water.xsd文件,点击Amorphous-Construction(Legacy)中Add选项Number:300,密度设为1,点击setup选择Use group b
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