聚乙二醇及增塑剂混合体系的模拟研究(4)
计算机模拟已经应用在高分子的各个方面，包括模拟高分子溶液、非晶态、晶态、液晶态、共混体、嵌段共聚体、界面、表面和薄膜、生物聚合物、高分子中的局部运动、液晶高分子的流变学、力学性质和电活性等。还可以帮助我们认识分子间的相互作用与催化机理，对晶体结构与力学性能进行了预测研究构象态跃迁与材料的性能，发展高分子弹性理论，模拟高分子液态的构象结构与Raman 光谱等。
在高分子科学中广泛应用的计算机模拟技术作为现代科学研究和开发的工具正在不断的发展和完善。目前，计算机的中央处理器速度的不断加快，计算机内存的不断变大，计算机总线速度的不断提高，这一切导致了计算机总体功能的质的提高，也促进了计算机图形学的发展，从而使计算机分子模拟更加容易观察和容易理解。而且，计算机已经开创了一个虚拟现实，计算结果不仅可用计算机图形法表达，而且也能用五官来感受。与此同时，随着所研究的聚合物体系复杂性的增加，也对算法本身提出了更高的要求。我们深信，随着高分子科学和计算机模拟方法本身的发展，计算机模拟在高分子科学中应用前景将越来越广阔。
本论文运用的主要是分子动力学模拟（Molecular Dynamics Simulation MD），它是时下最广泛为人们采用的计算庞大复杂系统地计算方法。自1970年起，由于分子力学的迅速发展，人们又系统地建立了许多适用于生化分子体系、聚合物、金属与非金属材料的力场，使得计算复杂体系的结构与一些热力学与光谱性质的能力及精确性大为提升。分子动力学模拟是应用这些力场及根据牛顿运动力学原理所发展的计算方法。与蒙地卡罗等计算方法相比，分子动力学模拟系统中粒子的运动有正确的物理依据，此方法的优点为精确性高，可同时获得系统地动态与热力学统计资料，并可广泛地适用于各种系统及各类特性的探讨，分子动力学的计算能力经过许多改进，现已日趋成熟，由于其计算能力强，能满足各类问题的需求[10]。
1.2.2 分子动力学方法
分子动力学模拟(molecular dynamics simulation,MD)是在评估和预测材料结构和性质方面模拟原子和分子的一种物质微观领域的重要模拟方法,通过计算机对原子核和电子所构成的多体体系中的微观粒子之间相互作用和运动进行模拟，在此期间把每一原子核视为在全部其他的原子核和电子所构成的经验势场的作用下按照牛顿定律进行运动,进而得到体系中粒子的运动轨迹,再按照统计物理的方法计算得出物质的结构和性质等宏观性能.简而言之即是应用力场及根据牛顿运动力学原理所发展的一种计算机模拟方法。分子动力学模拟被认为是本世纪以来除理论分析和实验观察之外的第三种科学研究手段,称之为“计算机实验”手段,在物理学、化学、生物学和材料科学等许多领域中得到广泛地应用[11]。
从分子动力学的定义可以看出要想理解什么是分子动力学模拟,就必须首先清楚地理解力场、牛顿运动方程及其数值解法等基本概念.同时,在分子动力学模拟领域中,系综、周期性边界条件、积分步长等也是经常提及的术语名词, 对它们的正确理解也影响着对分子动力学的深入理解。
力场就是势能面的表达式, 它是分子动力学模拟的基础,是分子的势能与原子间距的函数,针对特定的目的,力场分为许多不同形式,具有不同的适用范围和局限性,计算结果的可靠性与选用的力场有密切关系。
在众多科学家的努力之下,力场已由最初的单元子分子系统发展到多原子分子、聚合物分子甚至生物分子系统.力场的复杂性、精确性、适用范围都有了很大的进步.在诸多力场中,每个力场都有着各自的优缺点及其适用条件.因此, 在模拟时应该对当时模拟的条件、系统的特征等诸多因素加以分析选取适合的力场,才能保证模拟的速度和准确性。
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