基于分子力场的分子力学和分子动力学计算Word格式.docx

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基于“Born-Oppenheimer”近似，可以将原子运动的Schrö

dinger方程，分别表示为电子和核运动的Schrö

dinger方程。

直接求解核的运动方程，并将其中的能量以经验的力场函数表示，即为分子力学方法。

如果将能量以力场形式表示，直接求解牛顿方程，就是分子动力学方法。

Hψ（R,r）=Eψ（R,r）……………………...…..Schrö

dinger方程HeΦ（r;

R）=EΦ（r;

R）………………电子运动的Schrö

dinger方程

HnΦ（R）=EΦ（R）……………………核运动的Schrö

..∂E=F=mX…………………………………..牛顿方程∂x

3.实验内容

实验1.材料表面上分子的绑定能计算；

4.实验设备和仪器

（1）硬件：

多台PC机和一台高性能计算服务器。

（2）软件：

主要利用Materialsstudio软件包里的Visualizer和Forcite模块。

5．实验方法和步骤

5.1建立材料表面和分子的结构模型

①按照所研究表面材料的晶胞参数建立晶体结构。

方法是可以自己建立模型，也可以在软件自带的结构库中直接读入结构文件。

如：

在菜单栏选择File|Import，进入1

structures/metal/pure-metal文件夹，选择Fe

文件。

②按照所需要的晶面对晶体进行切割。

方法是在菜单栏中打开Build|Surfaces|CleaveSurface对话框，调整晶面指数和表面厚度。

默认的表面为（100），厚度为1.0，按下Cleave按钮。

③将表面扩大为超晶胞结构。

方法是在菜单栏中选择Build|Symmetry|SuperCell，

调整U和V的值，按下CreateSupercell按钮。

④建立二维的表面环境。

方法是利用BuildVacuumSlab工具建立三维的周期边界条件或利用PropertiesExplorer

将其模型转化为2D网格。

⑤将分子放到材料表面上。

方法是在任务栏中点右键，新建一分子文件，并按分子的特点重新命名。

然后在主菜单栏中选择Edit|Copy；

在任务栏中双击表面分子文件，在主菜单栏选择Edit|Paste

。

得到结构：

5.2运行分子力学和分子动力学运算

在工具栏中选择Forcite模块，其对话框如下图。

在Energy对话框中选择相应的力场，如Dreading,Compass和Universal等

步骤1：

利用分子力学进行分子几何优化。

在Setup对话框中，将Task项设置为Geometry

Optimization，标准设为Fine

在Task后的More按钮中，可以设置Maxiterations步和能量最小化的算法。

默认算法为

Smart。

按下Run按钮，开始运行计算。

初步化成功：

初步化参数：

步骤2：

针对不同要求的进行各种模拟计算

一，将Forcite模块的Task项设置为Energy,标准设为Fine，按下Run按钮，计算表面能：

计算成功：

E表面=-0.000772kcal/mol二，计算分子能量

：

E分子=0.485710kcal/mol三，计算总能量

E总=-0.036465kcal/mol

5分析、讨论实验结果

实验1.计算出分子在材料表面上的绑定能。

计算公式：

E绑定能=E总-（E表面+E分子）

=-0.036465kcal/mol-（-0.000772kcal/mol+0.485710kcal/mol）=-0.521403kcal/mol