实验四：介观动力学模拟_2.doc

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1、.《计算材料学》实验讲义实验八：介观动力学模拟一、前言1、介观模拟简介长期以来，化学家致力于从分子水平研究物质及其变化，而化学工程工作者主要研究物质在宏观体系的行为，介观层次的化学正是联系微观及宏观的桥梁，是从分子到材料的必由之路，同生命过程也有密切的关联。由于介观模拟能够模拟的空间尺度（纳米到微米）、时间尺度（纳秒到微秒）更大，应用介观模拟方法可以模拟更加复杂的体系，例如：高分子熔体，高分子稀溶液自组装，表面活性剂溶液自组装，磷脂膜等胶体化学，高分子，生物大分子相关的内容。目前介观模拟的方法很多，例如耗散

2、颗粒动力学模拟方法(dissipativeparticledynamics，DPD)，它是根据Hoogerbrugge和Koelman提出的一种针对柔性(soft)球模型流体动力学的模拟，并通过引入粒子间的谐振动势，来模拟聚合物的性质；元胞动力学方法（CDS），基于重整化群理论，对时间相关的Ginzburg-Landau方程直接用数值计算的方法在离散空间上进行描述。其中单个元胞的演化通常用双曲正切函数表示；动态密度泛函方法（DDFT或MesoDyn），应用于高分子体系，建立在粗粒化高斯链模型的基础上，实际上

3、是一个动态的自洽场方法，使用了朗之万方程（Langevin’sequation）来描述体系演化的动力学。（1）MS-Mesocite简介MSMesocite是一个基于粗粒度模拟方法的、可以对广泛体系进行模拟研究的分子力学工具集，模拟的对象大小尺寸在纳米到微米尺度范围，相应地，模拟变化的时间范围落在纳秒至微秒区间。MSMesocite的模拟对象遍及多种工业领域，比如复合材料、涂料、化妆品以及药物控缓释等，它可以提供流体在平衡态下、在有剪切力存在下以及其它受限制条件下的结构与动力学性质。MSMesocite的突

4、出特点是使用完全区别于传统介观模拟技术，转而采用力场(Forcefield)方法—比如MSMartini力场—页脚.来描述粗粒度之间的相互作用，从而得到体系的结构、和动力学特性，分析函数主要有角度分布，密度分布，径向分布函数，二面角分布，均方根位移等。同时，您还可以使用力场编辑工具对MSMesocite的力场进行编辑，以获得满足特殊要求的力场，从而拓展了MSMesocite的应用范围。应用Mesocite进行动力学模拟时，最主要的是得到精确的力场。Martini力场，是由Marrink提出的，可以应用于生物

5、分子体系。Martin力场中包括四种主要的力场类型：极性（polar-P）、非极性（apolar-C）、无极性（nonpolar-N）、带电（charged-Q）。每种力场类型又分为若干子类型，极性和非极性根据极性高低下分有五种类型（用下坐标1-5表示），无极性和带电的更具氢键结合能力分为四种类型（d-氢键供体，a氢键受体，da-两个都有，o-都没有），这样使得Martini力场能够更加精确的描述体系性质，应用于更多不同的有机分子体系。二、实验目的1、了解介观模拟方法及应用领域2、了解Martini力场的3

6、、掌握Mesocite模块的基本操作三、实验内容以下以介观动力学模拟脂质双分子层为例，熟悉Mesocite的基本操作。1、打开MS，选择creatednewproject，键入CG-bilayer作为工程的名称，点击OK。本实例是在软件所有参数在默认的情况下进行的，选择Tools-SettingsOrganizer，选中CG-bilayer，点击Reset。2、建脂质分子，建模过程要用到Mesostructuretoolbar，如在工具栏中没有此建模工具，点击菜单栏中的view-toolbar-mesost

7、ructure，调出此建模工具。（1）点击BeadTypes按钮，打开BeadTypes对话框。点击Properties…按钮，打开BeadTypeProperties对话框，点击Defaults…按钮，设置Mass为72，Radius为2.35，关闭BeadTypeDefaults和BeadTypeProperties对话框。在BeadTypes对话框中，定义一下珠子类型：C、GL、PO和NC，页脚.关闭对话框。（2）点击Mesomolecule按钮，打开BuildMesomolecule对话框。定义粗粒

8、化分子，依次选择4个C、1个GL、1个PO、1个GL和4个C，确定不选Randomizeorderwithinrepeatunit，点击Build按钮。在Mesomolecule.xsd文件中左击PO珠子，删除BuildMesomolecule对话框中所有的珠子。选中Addtobranchpoints，点击more…按钮，打开MesomoleculeBranches对话框。设置Numberofbranchesto