分子模拟中常用的结构分析与表征方法综述 - 燕山大学学报.pdf

第３９卷 第３期 燕山大学学报 Ｖｏｌ３９ Ｎｏ３ ２０１５年５月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｙａｎｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｍａｙ ２０１５ 　 　 文章编号：１００７⁃７９１Ｘ（２０１５）０３⁃０２１３⁃０８ 分子模拟中常用的结构分析与表征方法综述 １，２，∗ ２ ２ １，２ ２ 张世良 ，戚　 力 ，高　 伟 ，冯士东 ，刘日平 （１． 燕山大学理学院，河北秦皇岛０６６００４； ２． 燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，河北秦皇岛０６６００４） 摘　 要：分子模拟技术是随着计算机技术发展而兴起的一项新技术，主要包括分子动力学和蒙特卡洛等方法。 通过分子模拟技术，利用计算机对材料的组成、性质、制备工艺、加工工艺等环节进行虚拟实验，获得大量数据， 再与验证性实验进行对照，可以分析其中的物理现象和本质。 本文整理了目前分子模拟技术中常用的几种结 构分析与表征方法，对其原理和分析要点进行综述，希望能够有利于分子模拟技术在国内的推广和应用。 关键词：分子模拟；分子动力学；蒙特卡洛；结构分析；综述 中图分类号：ＴＢ３０３　 　 文献标识码：Ａ　 　 ＤＯＩ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１００７⁃７９１Ｘ．２０１５．０３．００４ 年，《材料科学系统工程发展战略研究———中国版 ０　 引言 材料基因组计划》重大项目启动会在中国工程院 ［２］ 召开，代表着中国版的ＭＧＩ计划开始实施 。 可 分子模拟技术是随着计算机技术发展而兴起 以预见，分子模拟技术在新材料设计以及凝聚态 的一项新技术，主要包括分子动力学（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ 物理等研究领域会越来越发挥出重要作用。 ｄｙｎａｍｉｃｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＭＤ） 和蒙特卡洛 （Ｍｏｎｔｅ 对于分子模拟的结果，可以输出的参数有粒 Ｃａｒｌｏ，ＭＣ）等方法。 通过分子模拟技术，人们可以 子坐标、粒子速度、粒子受力等等，通过对数据进 在分子、原子尺度上对所关心材料的物理、化学性 行分析处理，可以得到动力学特征、热力学特征以 质以及与之相对应的各种现象进行模拟，摒弃传 及结构特征等信息，而结构分析又是可以与实验 统材料科学研究中被称之为“爱迪生方式”的炒菜 研究相对应的参量，因此在模拟研究中更显得尤 式研究，利用计算机对材料的组成、性质、制备工 为重要。 艺、加工工艺等环节进行虚拟实验，获得大量数 目前，对分子模拟结果结构分析的方法很 据，再与少量验证性实验进行对照，分析物理现象 多，更多的是分散在英文文献中，由于翻译和理 和本质，从而大大的降低材料的研发成本和时间。 解上的差异，有些名词开始出现偏差，影响了国 从２０世纪９０ 年代起，这种新材料的设计模式已 内从事分子模拟科研工作者的理解与交流。 本 经很大程度上取代了传统的新材料设计方式，成 文整理了目前分子模拟技术中常用的结构分析 为新材料设计的