构建新力场对聚苯乙烯进行粗粒化分子动力学模拟

摘要

计算机模拟技术在高分子科学领域得到了迅猛的发展，几乎涉及到了高分子物理和化学的各个领域。但是，从微观尺度上模拟高分子链体系，依现在计算机的计算能力，仍是一件非常困难的事。在一些特定的高分子体系中，粗粒化模型能够很好地解决这个问题。本论文中，我们采用粗粒化模型，使用分子动力学方法为聚苯乙烯构建新力场。 1．分子动力学。分子动力学是一种确定性模拟方法，它是跟踪每个粒子的个体运动，准确记录每个时刻各个分子的位置与动量，即相空间的运动轨迹，再利用统计计算方法得到多体系统的静态和动态特性，从而得到系统的宏观性质。分子动力学模拟中，牛顿运动方程积分法现在最常用的是Verlet算法，其中最耗时的部分是计算粒子所受的力。为克服现有计算能力的限制，提高模拟准确度，使用了边界条件。考虑到原子间非键相互作用的性质，有些原子间的非键相互作用是非常弱的，实际上可以忽略。处理粒子之间的非键相互作用使用了截断方法，简化了计算过程，节省了计算时间。 2．构建新力场，为不同链长的聚苯乙烯进行粗粒化分子动力学模拟。选取链长分别为20、40和80的聚苯乙烯，将主链上碳碳双键连接的两个碳原子(包括碳原子连接的氢原子)视作一个粗粒化粒子C；将一个苯环视做一个粗粒化粒子B。主链上粗粒化粒子C相互之间直接连接，粗粒化粒子B与两个粗粒化粒子C之间的键相连，这里，我们可近似地认为粗粒化粒子C与粗粒化粒子B直接相连。设定初始条件，在Tinker软件包的MM2力场中启动全原子分子动力学模拟，待体系平衡后，使用粗粒化模型统计体系的键长分布、键角分布和径向分布，计算出体系的键伸缩能、键角弯折能和非键相互作用能及其各自相互作用力。启动粗粒化分子动力学模拟，并依次加入上述的键长伸缩能、键角弯折能和非键相互作用能，待体系达到平衡后，统计粗粒化分子动力学模拟下的键长分布、键角分布和径向分布。分析聚苯乙烯高分子链静态特性和动态特性的物理量，验证了新力场的有效性；同时，分析比较了不同链长的聚苯乙烯的全原子分子动力学模拟和粗粒化分子动力学模拟结果。

目录

文摘

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第一章总论

1.1引言

1.2分子动力学模拟

1.2.1分子力场的势函数

1.2.2分子力场的分类

1.2.3拟合力场参数

1.3选题依据

参考文献：

第二章分子动力学

2.1引言

2.2牛顿运动方程积分

2.3计算粒子所受的力

2.3.1键伸缩能

2.3.2键角弯折能

2.3.3二面角扭转能

2.3.4非键相互作用能

2.4初始化

2.5边界条件

2.6相互作用的截断

2.7径向分布函数

参考文献：

第三章构建新力场对聚苯乙烯进行粗粒化分子动力学模拟

3.1引言

3.2粗粒化模型

3.3分子动力学模拟步骤

3.3.1给定初始化条件

3.3.2趋于平衡过程

3.3.3分子动力学模拟

3.4全原子模拟下分子力和势能的计算

3.5构建新力场

3.5.1键伸缩能

3.5.2键角弯折能

3.5.3非键相互作用能

3.6结果与讨论

■力场

■不同链长的聚苯乙烯粗粒化分子动力学模拟结果之间比较

3.7结论

参考文献：

硕士期间发表论文

致谢