Elasticidad microscópica a partir de MD. I. Sistemas sólidos y fluidos a granel | JoVE Visualize

Área de la Ciencia:

Ciencia de materiales computacional
Física de la materia condensada
Física química.

Sus antecedentes:

La modelización computacional, incluidas las simulaciones de dinámica molecular y Monte Carlo, estima las propiedades elásticas de los materiales a través de relaciones tensión-deformación.
El método de fluctuación de tensión-tensión (SSF) calcula las propiedades elásticas a partir de simulaciones de equilibrio sin deformación.
Las aplicaciones anteriores de SSF se limitaron a sólidos cristalinos y vidrios, con menos exploración en fluidos y biomateriales.

Objetivo del estudio:

Demostrar la efectividad del método SSF para materiales simples de van der Waals y moleculares.
Extender la aplicación de SSF a sistemas de fluidos y biomateriales.
Validar el método SSF comparando los resultados con técnicas establecidas y datos experimentales.

Principales métodos:

Se utilizó el método de fluctuación de tensión-tensión (SSF) para la estimación de propiedades elásticas.
Se realizaron simulaciones de equilibrio para argón en fases sólida, líquida y gaseosa.
Se simularon fluidos moleculares utilizando el campo de fuerza MARTINI de grano grueso, incorporando interacciones de múltiples cuerpos.
Se aplicó una corrección impulsiva para potenciales truncados.

Principales resultados:

El método SSF predijo con precisión los coeficientes elásticos y los módulos del argón en diferentes fases, coincidiendo con los métodos de deformación explícita y fluctuación de volumen.
Los coeficientes elásticos y el módulo de volumen calculados para el argón sólido mostraron una excelente concordancia con estudios computacionales previos y datos experimentales.
El método SSF capturó con precisión las propiedades elásticas de los fluidos moleculares, incluidos aquellos con interacciones de múltiples cuerpos.
Se identificó una corrección impulsiva esencial para simulaciones precisas de fluidos y módulos de cizallamiento nulos.

Conclusiones:

El método SSF es ampliamente aplicable en diversos sistemas de materiales, incluidos materiales moleculares y de van der Waals simples.
El método SSF proporciona un enfoque robusto y eficiente para calcular el tensor de elasticidad completo a partir de simulaciones de equilibrio únicas.
Este trabajo establece una base para utilizar el método SSF para caracterizar las propiedades elásticas de sistemas moleculares complejos y biomateriales.