分子动力学模拟

摘要： 为研究脂肪酸不饱和度对低阶煤浮选的影响,选择碳原子个数相同但双键个数依次增加的油酸、亚油酸和亚麻酸作为浮选捕收剂对低阶煤进行浮选,并与非极性捕收剂柴油进行对比,通过颗粒-气泡间粘附力测试和药剂吸附的分子动力学模拟,揭示了不饱和脂肪酸强化低阶煤浮选的作用机制.结果表明,不饱和脂肪酸的浮选性能优于柴油,低阶煤浮选产率随脂肪酸不饱和度增加而增加.采用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对低阶煤表面形貌和官能团进行分析.SEM结果表明,低阶煤表面疏松,含有大量孔隙与裂隙,不利于药剂在煤表面的铺展.FTIR和XPS结果表明低阶煤表面含有大量含氧官能团,表面疏水性较差,导致浮选回收率较低.对不同捕收剂条件下气泡与煤表面粘附力进行测定,发现气泡与煤表面间最大粘附力随捕收剂不饱和程度增加而增加,这说明颗粒可浮性增加.进一步对不饱和脂肪酸吸附的分子动力学模拟进行分析,可知不饱和脂肪酸通过其极性基团与煤表面极性基团间形成氢键,从而在煤表面铺展.双键个数增加使得不饱和脂肪酸极性增加,在煤表面的铺展程度逐渐增加,导致颗粒可浮性增加,这是低阶煤浮选回收率随脂肪酸不饱和程度增加而增加的主要原因.

摘要： 基于分子动力学,利用LAMMPS和OVITO软件对单晶硅纳米切削过程进行模拟,研究了V形微沟槽结构对金刚石刀具切削性能的影响。结果表明,在金刚石刀具后刀面构建一定深度的V形微沟槽能够减少工件亚表面损伤,同时也对工件加工质量及刀具抗磨损性能产生了明显影响,当微沟槽深度为0.75 nm时,金刚石刀具切削性能最佳。

摘要： 固体电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)是电池中“最重要也是最不被理解”的部分。可控合成性能优异的SEI是实现高能量密度电池的关键技术之一。但是,由于SEI的形成过程涉及到多个时间和空间尺度,并且涉及到多场耦合,导致SEI结构异常复杂。现有实验表征手段无法精确解析其微观结构和形成机制。近年来,高速发展的多尺度理论模拟,为理解和解析SEI结构提供了强有力的新手段。本文总结了近年来针对SEI研究发展出来的关键模拟技术,重点关注微-介观(<100 nm)尺度的理论模拟方法,特别是可以用于电化学模拟的量子化学方法、可用于大尺度化学反应模拟的反应力场方法以及数据驱动的机器学习模型等。这些新技术可以有效地解决传统模拟方法中存在的准确性低、时间尺度短以及空间尺度有限等问题,在可以预见的将来,在研究SEI形成的初始反应、动态演化以及功能预测等方面将发挥越来越重要的作用。随着计算机硬件水平的不断提升、理论模拟算法的稳步提高,多尺度理论模拟将为高能量密度电池的理论设计和智能制造提供强有力的理论基础。

摘要： 针对现有重油稳定性预测指数存在的精确性不足以及高相对分子质量物质的极性溶解度参数难以获得的问题,使用分子动力学模拟方法计算12组比例的径向分布函数,并结合S_(SARA)函数提出新的重油稳定性预测指数计算方法。由径向分布函数图像峰值与原点构成的正比例函数的斜率倒数表征重油稳定性大小,计算出S_(SARA)函数中a、b、c常数数值,得到a、b、c数值分别为0.4487、0.0093、-0.5012。设置6组检验数据进行径向分布函数、CⅡ指数以及S_(SARA)值计算。结合径向分布函数图像以及CⅡ指数数值,对比新S_(SARA)指数发现新S_(SARA)指数预测结果与径向分布函数计算结果以及CⅡ指数数值表征的重油稳定性大小趋势一致,证明此式在进行重油稳定性预测理论上可行。

摘要： 沥青的热氧老化导致其极易变硬变脆,从而引起沥青材料的开裂和防水性能降低。掺加木质素是一种潜在的沥青抗老化方法。为揭示木质素对沥青老化特性的影响及机理,采用ReaxFF反应力场分子动力学方法对基质沥青和木质素改性沥青的老化行为进行了模拟。对老化体系中总分子数目和C-O、H-O、S-O等化学键数目的统计分析表明,氧气充足时木质素分子通过加快沥青分子的扩散速率而增加它们与氧气接触频率,从而加速沥青老化;当氧气不足时,木质素分子则通过酚羟基捕捉自由基,进而阻止沥青氧化反应的发生。

摘要： 相变材料可以显著提升沥青的调温能力,减少路面温度病害。为从分子层面研究相变材料对沥青力学性能及调温能力的影响,通过分子动力学模拟技术对沥青四组分(饱和分、芳香分、胶质、沥青质)建模,使用四组分平均分子结构模型构建了沥青分子结构模型并验证了其可靠性;进一步构建了沥青与相变材料共混体系模型,并对共混体系与沥青体系的力学性能参数、扩散系数、内聚能密度等参数进行对比。研究结果表明:通过沥青四组分平均分子结构“组装”的沥青分子模型具有合理性,能够真实体现沥青材料特性;相变材料的加入使得沥青体系的力学参数在一定程度上都有所提高,其中:体积模量提高了约36%,剪切模量提高了约17%,弹性模量提高了约8%;相变材料能提高沥青质的扩散速度,但对胶质、芳香分、饱和分的扩散能力有一定的削弱作用;相变材料使得沥青体系的内聚能密度增大,沥青的热稳定性得到加强;相变材料可以使沥青在吸收相同能量的情况下温度变化更小,有效发挥了对沥青温度的调控作用。

摘要： 为了研究梯度硝基球扁药中硝化甘油(NG)的迁移现象及其对燃烧性能的影响,本研究通过分子动力学模拟计算5°C、25°C、50°C、70°C下NG在NC体系中的扩散系数;并将不同条件下制备的梯度硝基球扁药放在70°C的水浴烘箱里老化7d、14d、21d、28d,通过密闭爆发器试验探究其燃烧性能。结果表明:NG在5°C、25°C、50°C、70°C下的扩散系数分别为8.47×10^(-11)m^(2)·s^(-1)、9.52×10^(-11)m^(2)·s^(-1)、15.1×10^(-11)m^(2)·s^(-1)、17.03×10^(-11)m^(2)·s^(-1);老化并不会对梯度硝基球扁药的结构产生影响;由于NG的迁移存在一个平衡的问题,因此分子动力学模拟的NG的迁移结果仅能反映梯度硝基球扁药中NG的扩散达到平衡之前的迁移现象。

摘要： 为从微观角度分析不同电场强度对环氧树脂结构的影响,采用分子动力学模拟方法,建立了以双酚A二缩水甘油醚为基体、甲基四氢苯二甲酸酐为固化剂,交联度为90%的分子模型。研究结果表明:电场强度(E)对环氧树脂的自由体积分数、分子能量、玻璃化转化温度和弹性模量均有显著的影响。自由体积分数随着电场强度的增加而增加,E1×10^(6) V/m时体积分数增幅缩小。分子势能和总能量在E1×10^(9) V/m时,随着电场强度的增加,呈现大幅度降低趋势。玻璃化转变温度随着电场强度的增加呈现先降低后增加的趋势,E=1×10^(6) V/m时和1×10^(10) V/m分别达到最小值473.5 K和最大值523.3 K。弹性模量随着电场强度的增加呈上升趋势,高电场强度将导致材料刚性增加、脆度提升,老化更加严重。

摘要： 在制备过程中,石墨烯的缺陷是十分常见的,这些缺陷对石墨烯的弹性性能具有很大的影响。基于分子动力学模拟的方法,研究了空位缺陷的位置、形状以及原子缺失率对石墨烯杨氏模量的影响。结果表明,单空位缺陷的位置对石墨烯杨氏模量有一定的影响,当施加应力方向与边缘缺陷的截面方向相同时,边缘缺陷比中间缺陷使得石墨烯的杨氏模量下降更少;映射横向长条状缺陷、映射纵向长条状缺陷、映射圆孔状缺陷和随机缺陷都使得石墨烯杨氏模量随着原子缺失率的增大而减小。对于映射圆孔状缺陷和随机缺陷,锯齿型石墨烯杨氏模量减小的幅度与扶手型的减小幅度相差不大。对于映射横向长条状缺陷和映射纵向长条状缺陷,锯齿型和扶手型石墨烯杨氏模量的减小幅度相差较大,这与石墨烯的手性矢量方向和条状缺陷方向是否一致有关。

摘要： 以3种烷基咪唑类酸性离子液体与硫酸组成的复合催化剂取代纯硫酸作为三聚甲醛合成的催化剂。结果表明,在相同反应条件下,硫酸/1-乙基-3-甲基咪唑硫酸氢盐([EMIM][HSO_(4)])作为催化剂时,产物三聚甲醛的平衡浓度可以提高17%。分子动力学模拟研究表明,[EMIM][HSO_(4)]可以改变反应体系粒子间微观结构。加入[EMIM][HSO_(4)]后,会改变体系的扩散行为,减弱水合氢离子与硫酸氢根离子之间的相互作用,增大硫酸氢根离子与水分子之间的相互作用。从理论上解释了硫酸/[EMIM][HSO_(4)]改善三聚甲醛合成反应的原因。

摘要： 纳米孔隙是页岩油在页岩储层内的重要流动空间.干酪根和石英分别作为页岩有机质和无机质的主要组成,有必要开展页岩油在其纳米孔隙内的流动研究.本文构建了包含非极性和极性组成的页岩油分子、具有表面粗糙度的干酪根纳米孔和表面羟基化的石英纳米孔模型,分别参照实验对各模型进行了验证.基于非平衡分子动力学模拟方法,对比了页岩油在两种纳米孔隙内的流动规律,分析了孔隙壁面对页岩油的相互作用力,研究了压差、孔隙尺寸和温度对流动的影响.结果表明:在低压差下,页岩油流量增速缓慢,两种孔隙内的流量基本相等;随着压差增大,流量增速变大,石英孔隙内的流量有明显突增;在高压差下,流量增速放缓,石英孔隙内的流量高于干酪根孔隙.这是由于页岩油在两种孔隙内与壁面的相互作用不同,且具有不同的流态.在干酪根孔隙内,未发现正滑移;在石英孔隙内,高压差下具有正滑移,且滑移长度随孔隙尺寸减小而增大.文章基于更加真实的分子模型,研究纳米尺度页岩油流动规律,这是弄清页岩油宏观渗流特征的基础,对实现页岩油高效开发具有重大意义.

摘要： 大规模的计算模拟可以为Ⅱ型糖尿病的药物设计提供精准的分子动力学信息.高性能计算云作为云计算中IaaS(Infrastructure as a Service)的一种延伸拓展,将计算作为一种服务提供给用户,为开展分子动力学模拟这种计算密集型任务提供可靠的解决方案.本文在阿里云云计算平台上通过对不同大小的胰高血糖素样肽-1受体蛋白(GLP-1R)分子体系进行基于NAMD的分子动力学模拟,研究GLP-1R蛋白和配体的精细动态相互作用,并根据模拟结果对NAMD在CPU多核同构和CPU+GPU异构架构下云主机的性能及对分子模拟应用的瓶颈进行比较和分析.该模拟结果不仅对研究者采用高性能计算云来开展大规模分子模拟具有一定的借鉴,而且对设计具有靶向性的Ⅱ型糖尿病药物也具有参考价值.

摘要： 随着石油工业的发展以及全球对石油需求量的增大,页岩油资源成为了勘探开发的重点领域,研究页岩油的赋存特征对页岩油的资源评估,勘探开发等具有重要意义.本文利用分子动力学模拟的方法,研究了页岩油在纳米级石英狭缝中和石墨烯狭缝中的吸附特征.在COMPASS力场下模拟了355K,18MPa(松辽盆地青山口组Ro=0.9 %时的地质条件)条件下，混合烃分子在纳米狭缝的吸附行为，分析了烃类分子的混合物和各组分烃分子在纳米级石英狭缝和石墨烯狭缝中的吸附密度特征，以及温度对石墨烯狭缝中油吸附密度的影响。

摘要： 在20世纪80至90年代,研究者们发现海洋沉积物转变为沉积岩的过程中Ne富集以及Kr-Xe被保留的现象.现代海洋沉积物样品通常由生物骨骼的无定型二氧化硅组成,显示绝对的F(Ne)亏损和绝对的F(Kr)-F(Xe)富集.因为无定型二氧化硅的脱水和重结晶作用,所以石灰石岩层采集的生物成因硅石样品F(Kr)-F(Xe)富集程度发生变化.从沉积物的疏松结构到生物成因硅石的致密结构，必然经历稀有气体在纳米级孔径中的传输，因而关键的科学问题是:溶解的稀有气体与无定型二氧化硅在纳米孔径下是否存在界面相互作用;结合成岩过程判断Ne是如何富集以及Kr-Xe如何被保留。

摘要： 黏土矿物表面润湿性对常规油气和非常规油气的开采以及盖层封盖能力有着重大影响.通过各种技术将富含黏土矿物的储集层岩石的表面润湿性由亲油性转变为亲水性,能有效降低储层对原油的吸附,从而提高原油采集率.油气盖层通常为低渗透性页岩,而页岩的重要组成矿物为黏土矿物,如高岭石、蒙脱石、伊利石等.黏土矿物表面润湿性不仅显著影响储集层原油的开采效率,还深刻影响页岩盖层的封盖能力.此外,资源潜力巨大的非常规页岩油气的开采也与黏土矿物表面润湿性密切相关.

摘要： 辛基酚聚氧乙烯醚(OPEO)表面活性剂是常用的非离子型表面活性剂,可以显著降低油水体系的界面张力.此文选择醋酸乙烯酯/水体系,通过改变表面活性剂中聚氧乙烯醚链的长度,采用MS软件中的分子动力学(MD)模拟方法,在常温常压下对油/表面活性剂/水体系的界面生成能、界面厚度等指标进行表征,结果表明:聚氧乙烯醚链长度为12时表面活性剂的界面生成能较高,降低醋酸乙烯酯/水体系界面张力的能力较好.

摘要： 近年来连铸工艺推动了我国钢铁产业迅速发展,而连铸工艺的迅速发展也使得对保护渣的研究更加深入.本实验利用Scigress分子动力学模拟软件,分析不同CaF2含量对CaO-SiO2-CaF2渣系熔体的影响.实验表明随着CaF2含量的变化,Ca-F、Si-O、Ca-O键长不变,提高CaF2含量有利于降低网状结构聚合度提高保护渣流动性.

摘要： 一直以来,油气成藏与烃源岩的成熟度密切相关,油藏地球化学在示踪油气运移方向、优势充注途径以及潜在烃源灶等方面具有定位"卫星"油气藏的重要作用.芳烃在评价烃源岩和油气成熟度方面具有较宽的化学动力范围而备受瞩目.

摘要： 本次研究利用分子动力学方法(MD)，模拟了混合烃类分子在纳米狭缝中的吸附行为，分析了烃类组分在矿物狭缝和有机质狭缝中的吸附密度特征及其受温度条件的影响，得到了如下结论:单位面积石英与石墨烯吸附能力分别为1.126mg/m2与1.396mg/m2，有机质吸附能力大于矿物吸附能力；在混合油中各组分的吸附取决于它自身的性质；在页岩中，页岩油吸附相密度随温度的降低而增加，温度对大分子化合物吸附量影响更大。因此，热处理可能为我们提高从页岩油采收率的一个潜在方法。

摘要： 通过本研究，发现淀粉能够紧密的结合到石墨烯上，从而提高石墨烯水溶液的稳定性。这种淀粉化的石墨烯分子同样能够赋予石墨烯很多可修饰的位点，有望在生物医学领域发挥作用。

摘要： 本发明涉及一种基于计算机模拟配体分子与靶标受体反应并计算预测该反应的热力学(Thermodynamics)和动力学(Kinetics)参数的方法及应用系统。主要包括：1)设计计算配体分子与靶标受体结合自由能的方法，基于该方法设计了多目标分子对接方法并开发出其应用系统；2）采用该系统对配体分子与靶标受体相互作用模式的模拟和采样、获取结合自由能评分，据模拟采样结果构建配体分子与靶标受体的结合自由能势能面的方法系统；3)根据势能面获取配体分子与靶标受体识别反应路径的方法系统；4)确定反应的活性位点和过渡态位点来计算出热力学与动力学参数。本发明为药物研发提供重要依据与预测评价手段，有望提高药物研发效率并大幅度节省实验费用，成为药物研发的有效辅助工具。

摘要： 本发明涉及一种基于计算机模拟配体分子与靶标受体反应并计算预测该反应的热力学(Thermodynamics)和动力学(Kinetics)参数的方法及应用系统。主要包括：1)设计计算配体分子与靶标受体结合自由能的方法，基于该方法设计了多目标分子对接方法并开发出其应用系统；2）采用该系统对配体分子与靶标受体相互作用模式的模拟和采样、获取结合自由能评分，据模拟采样结果构建配体分子与靶标受体的结合自由能势能面的方法系统；3)根据势能面获取配体分子与靶标受体识别反应路径的方法系统；4)确定反应的活性位点和过渡态位点来计算出热力学与动力学参数。本发明为药物研发提供重要依据与预测评价手段，有望提高药物研发效率并大幅度节省实验费用，成为药物研发的有效辅助工具。

摘要： 一种基于分子动力学模拟测试碳纳米管力学性能的方法，属于纳米材料技术领域，更具体地说，涉及一种碳纳米管力学性能分子动力学模拟的方法。在分子动力学模拟中使用“弹簧”作为加载工具，实现对碳纳米管加载；并根据牛顿第三定律，通过统计“弹簧”上所受的力，得到碳纳米管所受的载荷。本发明可以高效、准确地得到碳纳米管相关力学性能及参数，从而避免了由实验带来的成本以及规避实验中的诸多不确定因素。

摘要： 本发明提供一种非平衡分子动力学模拟计算分子扩散系数的方法，该方法单纯采用分子动力学模拟直接计算出混合物中各组分沿扩散方向的浓度梯度及扩散通量，从而能够精确的计算出各组分的分子扩散系数；本发明方法与双控制体积巨正则分子动力学(DCV‑GCMD)模拟方法相比，本发明有效的提高了模拟效率，而且显著的降低了模拟程序编写中的难度。

摘要： 本发明公开一种用分子动力学模拟诱导聚合物链取向结晶以及拉伸力学破坏的方法。建立聚合物的分子模型，设定原子的初始位置、速度和力场。体系总能量包含动能和势能两部分，其中动能和温度有关，而势能主要包括成键和非键相互作用，即键伸缩能、键角弯曲能、二面角扭转能和范德华相互作用能。采用周期性边界条件，依次对体系进行能量优化、NVT和NPT平衡，进行非等温结晶模拟。用GROMACS软件对体系进行单轴恒力拉伸取向结晶；然后用LAMMPS软件恒速拉伸，研究结晶聚合物的应力应变，及对温度和拉伸速率的依赖性。本发明利用计算机模拟方法，克服了实验局限，实时观察到取向结晶和拉伸过程中微晶的演变，结论与实验数据吻合。

摘要： 一种基于分子动力学模拟测试碳纳米管力学性能的方法，属于纳米材料技术领域，更具体地说，涉及一种碳纳米管力学性能分子动力学模拟的方法。在分子动力学模拟中使用“弹簧”作为加载工具，实现对碳纳米管加载；并根据牛顿第三定律，通过统计“弹簧”上所受的力，得到碳纳米管所受的载荷。本发明可以高效、准确地得到碳纳米管相关力学性能及参数，从而避免了由实验带来的成本以及规避实验中的诸多不确定因素。

摘要： 本发明提供了一种计算气体分子扩散系数的分子动力学模拟计算方法，包括油纸绝缘界面与气体小分子混合模型的构建、平衡模拟、仿真计算和绘制曲线，拟合后直线斜率K即为气体分子扩散系数。并且，通过对油纸绝缘模型进行升温实验，绝缘纸产气速率与模型计算出的扩散系数增长趋势吻合度较高，使用此方法计算气体小分子扩散系数具有可行性，可为研究多物理场下气体分子的迁移特性提供支持。

摘要： 本发明公开了一种基于分子对接与分子动力学模拟的筛选Glyburide作为AIBP抑制剂的应用，用于抑制AIBP与apoA‑Ⅰ的相互作用，从而抑制胆固醇从细胞中流出。本发明通过同源模拟获得AIBP的结构，基于老药新用的思路将FDA已认证药物通过分子对接与分子动力学模拟进行虚拟筛选，发现Glyburide可以稳定的结合在AIBP与apoA‑Ⅰ的结合界面。或可抑制胆固醇从细胞中流出，挖掘Glyburide的新用途。本发明不仅为AIBP靶向抑制剂的快速开发提供了新的范例，而且还为Glyburide作为脂质代谢药物提供了新的角度。

摘要： 本发明提供一种非平衡分子动力学模拟计算分子扩散系数的方法，该方法单纯采用分子动力学模拟直接计算出混合物中各组分沿扩散方向的浓度梯度及扩散通量，从而能够精确的计算出各组分的分子扩散系数；本发明方法与双控制体积巨正则分子动力学(DCV-GCMD)模拟方法相比，本发明有效的提高了模拟效率，而且显著的降低了模拟程序编写中的难度。

摘要： 一种基于非球形分子动力学模拟出的磁流体光栅及模拟方法，属于计算机分子模拟技术领域；方法：1)在软件上建立一个磁流体系统模型；2)计算在作用半径内每两个磁性粒子的力和力矩；3)根据磁性粒子的力和力矩，计算粒子的速度与角速度；4)计算磁性粒子在一段时间后的位置和指向；本发明基于非球形分子动力学方法，只需要根据体积分数计算出磁性粒子的数量，就可以构建出磁流体系统模型，并在磁场环境下准确地得到磁流体光栅物理模型；采用的受力函数与受转矩函数可以很好地表征磁性粒子的平动与转动，准确地预测磁性粒子的位置。