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[转载] 分子动力学模拟的时间、体系大小和温度的争议.....

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发表于 2014-9-26 09:47:37 | 显示全部楼层 |阅读模式

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【转载】大家好,现在做分子动力学模拟已经有一段时间了,但是每次出去开会或者与做传统实验的老师讨论的时候,都会遇到以下几个问题争论很久,希望大家多多交流,给予指导和帮助。
1、分子动力学模拟的时间
    主要是质疑时间尺度太短ps级,顶多ns,这与真实实验时间差距很大,不能说明和指导实验中的一些反应过程和实验结果。
2、体系大小
    主要是质疑聚合物的模型,我们一般选取几百个聚合度,几十个聚合度甚至更小的理论模型进行计算,然而现实体系至少是上万个聚合度甚至上百万,还有分子间缠绕和相互作用,因此模拟中使用这么一点片段感觉以偏概全,不能表现出实际聚合物材料的性质。
3、模拟温度
    目前模拟一些化学反应,为了能在模拟的短时间尺度范围内观察到较完整的反应过程,我们(参考过许多国内外文献)通常选用较高温度,如1000K,2000甚至更高来加速分子模型的反应。主要被质疑的原因很明显了,温度太高,某些现实实验中达到这个温度就瞬间融化或者是去原有性质,已经没有意义了。
目前我一般这样跟他们解释:
1、关于模拟时间,我们使用分子模拟的这样一种方法就是为了观察到分子振动过程以及一些实验中难以观测到的微观变化,这些微观变化都是发生在极短时间内的,因此。。。。。。
2、关于体系大小,如果要建立与实际体系相当的理论模型,第一,计算量太大不现实;第二研究局部微观反应机理时,模型太大反而不利于模拟结果的观察和分析,从分子模型角度来说,选取聚合物中的某一片段来代替实际体系也能在一定程度上指导实验;
3、关于温度,因为分子动力学模拟是研究极短时间范围内分子的构象变化和反应过程,为了能使之在这么短的时间内发生反应,只能提供高温,以高能量促使反应加速,并且已有文献表明这样的高温不会导致反应路径发生变化。并且能拟合出与实验数据相当的阿罗尼乌斯动力学曲线。
但即使这样跟他们解释了,还是得不到认可,我个人觉得任何一种研究方法都有其优点和局限性,不能拿我们分子模拟的缺点跟实验的优点相比较,分子模拟在微观角度确实可以提供更深层次的理解和指导作用。
发表于 2014-9-27 10:28:30 | 显示全部楼层
支持楼主!!!{:soso_e163:}
发表于 2014-9-27 23:54:49 | 显示全部楼层
1、关于模拟时间,能够在ps或ns层次来观察分子原子的变化,正是分子动力学的优势所在;传统实验只能看到最后的结果,要想抓住反应过程中很微小的变化是很难的;而分子动力学能够从ps,ns级别的改变来控制整个反应。
发表于 2014-9-27 23:57:49 | 显示全部楼层
2、关于体系大小,现在只是硬件条件的限制,要不然可以直接量子化学的方法计算整个系统,更不用说分子动力学;再则,分子动力学原本就是一个基于统计规律的,自然是通过小模型反应大系统。。
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