na材料表面上分子的绑定能计算.docx

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na材料表面上分子的绑定能计算

计算机在材料科学与工程中的应用

实验报告

na材料表面上分子的绑定能计算

实验二、基于分子力场的分子力学和分子动力学计算

1.实验目的:

（1）掌握分子力学和分子动力学的模拟方法；

（2）学会使用Visualizer的各种建模和可视化工具；

（3）熟悉Forcite模块的功能。

2.实验原理：

基于“Born-Oppenheimer”近似，可以将原子运动的Schrödinger方程，分别表示为电子和核运动的Schrödinger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。

…………………………………..牛顿方程

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

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structures/metal/pure-metal文件夹，选择na.msi文件。

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。

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。

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。

将分子放到材料表面上。

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。

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GeometryOptimization，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。

优化成功：

优化参数：

优化表格：

步骤2：

针对不同要求的进行各种模拟计算

1.将Forcite模块的Task项设置为Energy,标准设为Fine，按下Run按钮，计算E分子。

计算成功：

得到分子能量：

E分子=0.485709kcal/mol

2,计算表面能：

将Forcite模块的Task项设置为Energy,标准设为Fine，按下Run按钮

E表面=-0.152959kcal/mol

3,计算总能量：

将Forcite模块的Task项设置为Energy,标准设为Fine，按下Run按钮

计算成功：

得到能量：

E总=3.980487kcal/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）

=3.980487kcal/mol-（-0.152959kcal/mol+0.485709kcal/mol）

=3.647637kcal/mol