在分子动力学模拟中使用和力场实现反应性
Jordan J Winetrout1,2, Krishan Kanhaiya1,2,3, Joshua Kemppainen4
1Department of Chemical and Biological Engineering, University of Colorado at Boulder, Boulder, CO, USA.
我们开发了一种更快,更准确的方法来模拟原子规模的化学反应和材料故障. 这种反应性分子动力学方法,INTERFACE力场 (IFF-R),能够可靠地模拟键断裂和形成过程.
科学领域:
- 化学 化学 化学
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 计算科学 计算科学
背景情况:
- 从原子到微米尺度模拟化学反应和材料失效是计算上具有挑战性的.
- 现有的方法在计算可行性,可靠性和成本方面存在局限性.
研究的目的:
- 引入一种新,高效,准确的方法来进行反应分子动力学模拟.
- 为了实现模拟各种材料中的断层和成形反应.
主要方法:
- 通过用反应性,节能的摩尔斯电位取代非反应性和键电位,开发了反应性界面力场 (IFF-R).
- IFF-R与有机和无机化合物的已建立的力场 (IFF,CHARMM,PCFF,OPLS-AA,AMBER) 兼容.
- 启用了债券分离,每个债券类型的三个可解释的摩尔斯参数和断开时的零能量;通过基于模板的方法包括债券形成.
主要成果:
- 证明IFF-R的适用于分子中的键断裂,聚合物失效,碳纳米结构,蛋白质,复合材料和金属.
- IFF-R保持了非反应性力场的准确性.
- 实现了比以前的反应模拟方法快约30倍的模拟速度.
结论:
- IFF-R为反应分子动力学模拟提供了一个计算上可行的,可靠的和具有成本效益的解决方案.
- 该方法准确地模拟了各种材料系统中的结合破裂和形成反应.
- 这一进步显著提高了在分子水平上研究材料特性和故障机制的能力.
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