7耗散粒子動力計算

1、第七章 耗散粒子動力計算法一、耗散粒子動力計算 耗散粒子動力計算(DPD)為介于原子尺度與介觀范圍內(nèi)的模擬方法。此模擬方法的優(yōu)點在于能有效地探討分子的堆積與分散的問題，適用于研究混合體系的相行為。DPD模擬的體系最多可包含106個原子。并且可研究微妙時間范圍內(nèi)的動力行為。 在DPD的模擬方法中,將分子視為一團或一堆。依照牛頓運動方程式,即：每分子團所受的力為：第七章1一、耗散粒子動力計算耗散力為：式中， ,D與R為權(quán)重因子,為團間距離r的函數(shù)。當rrC1時，D與R均為零。ij(t)為高斯分布的隨機函數(shù)，即：第七章隨機力為：式中，分子團間的保守力為：2權(quán)重因子依此關(guān)系，可將權(quán)重因子簡單表示為：E

2、spanol與Warren建議權(quán)重因子的形式為：第七章分子團的運動方程式,可由類似Verlet的方法解為：3平均自由能 在DPD計算中最重要的是選取團與團間的作用參數(shù)aij.此參數(shù)可依據(jù)高分子系統(tǒng)Flory-Huggins(FH)相混理論求得。 FH理論適用于研究液體-液體、液體-固體的高分子混合系統(tǒng)。依據(jù)FH理論,兩成分的混合系統(tǒng),其平均自由能可表示為：為A與B間的作用參數(shù)。即：第七章 將FH理論與DPD方法比較,可推得參數(shù)與間的關(guān)系為：4二、離子型表面活性劑膠束的計算 雙性聚合物聚集的形態(tài)和大小與其分子本身的特性及溶液的濃度相關(guān)。Mao等利用核磁共振技術(shù)研究水溶液中離子型及非離子型表面活性

3、劑n-CH3(CH2)12OSO3Na(簡稱STS)及n-CH2(CH2)13O (C2H4O)3H(簡稱C14E3)的聚集行為。 實驗結(jié)果顯示，這兩種活性劑溶液及其混合溶液均形成微胞聚集體。 執(zhí)行DPD計算時Kuo等將STS及C14E3皆分成體積約略相當?shù)膬啥危琒TS分子分為C及S兩片段，C14E3則分為E及O兩片段；水則單獨視為一個DPD分子。第七章5各粒子的作用參數(shù)第七章6聚集形態(tài)第七章7不同濃度的聚集態(tài)與擴散系數(shù)第七章 利用分子的極性與非極性的關(guān)系可控制微胞的大小及形狀,有助于實驗的設(shè)計。8三、非離子型表面活性劑的相變化研究 DPD計算因為著重于粒子團間的分散與聚集效應(yīng),很適合用以研究

4、多成分系統(tǒng)的相變化行為。 當濃度最低時形成吸附層；然后形成球狀微胞，繼而形成桿狀微胞，而后為正六角相，當濃度再增加時形成多層狀結(jié)構(gòu)。第七章9DDAO水溶液的相變化第七章10實驗與計算的相圖比較第七章11 由圖可知,計算初始時系統(tǒng)為螺旋狀形態(tài)圖(a) (b),隨著時間的增長,形態(tài)開始呈現(xiàn)對稱性較高的排列圖(c)、(d)至計算時間為27.9ns后系統(tǒng)呈現(xiàn)高對稱性的六角形柱狀堆積圖(e)、(f) 。當計算時間超過35.7 ns,系統(tǒng)的機構(gòu)不再發(fā)生任何變化,大體上維持高對稱的堆積形態(tài)。第七章非離子表面活性劑的堆積過程12四、脂質(zhì)分子的相行為計算 粒子擴散動力計算法由于可包括大量的粒子，且可正確地反映出系統(tǒng)的相行為，已逐漸地被應(yīng)用于研究生物分子體系的相行為。 應(yīng)用粒子擴散動力學(xué)計算研究類似細胞膜的油脂分子的組裝與相變化與反相變化。所謂的反相是指由溶劑分子而非溶質(zhì)分子所形成的堆積相。 在油脂分子體系中，溶劑分子為水分子，溶質(zhì)分子為油脂分子。當油脂分子的含量()高于水分子的含量()時，水分子堆積成不同的微胞相，稱為“反相”。反相結(jié)構(gòu)表示油脂分子形成微細胞膜中的孔道形狀與大小。第七章13相行為計算示例 除了分子團間的作用力、粒子的耗散力，與隨機力以外，在這些計算中還考慮粒子間的鍵結(jié)作用力與鍵角彎曲作用力。第七章所使用的鍵角勢能為：其疏水基團間