粗粒化分子动力学-力场开发与应用

免疫学检测中抗体固定化方法的研究现状刘爱平;申文浩;王小红;李诚【摘要】Immunological assays are widely applied in food safety and environmental monitoring because they are rapid, sensitive and of low price. Antibody, the core reagent in immunological assays, usually needs to be immobilized to capture antigen. It is of great significance to improve detection sensitivity through effective immobilization of antibody. This review seeks to overview the characteristics and application of each kind of immobilization methods in immunological assays, and the developing trends of oriented-immobilization technique were prospected.%免疫学检测技术,因具有快速、灵敏、成本低等优点,被广泛应用于食品安全、环境监测等领域.抗体是免疫学检测的核心试剂,免疫学检测中常需要对抗体进行固定,高效固定抗体对提高检测灵敏度具有重要意义.本文对抗体固定化各类方法的特点及其在免疫学检测中的应用进行综述,并对抗体定向固定化技术发展趋势进行了展望.【期刊名称】《江苏农业学报》【年(卷),期】2017(033)003【总页数】7页(P714-720)【关键词】抗体;定向固定;生物素-亲和素;亲和肽配基;DNA引导固定法【作者】刘爱平;申文浩;王小红;李诚【作者单位】四川农业大学食品学院,四川雅安 625014;四川农业大学食品学院,四川雅安 625014;华中农业大学食品学院,湖北武汉 430070;四川农业大学食品学院,四川雅安 625014【正文语种】中文【中图分类】Q599免疫学检测技术，因具有快速、灵敏、成本低、适合大批量检测等优点，被广泛应用于食品安全、环境监测、疾病诊断等领域[1-3]。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202110128421.2(22)申请日 2021.01.29(71)申请人 太原理工大学地址 030024 山西省太原市迎泽西大街79号(72)发明人 徐娜　刘子璐　吕耀东　张瑾渊　贺文云　(74)专利代理机构 太原高欣科创专利代理事务所(普通合伙) 14109代理人 冷锦超　邓东东(51)Int.Cl.G16C 10/00(2019.01)G06F 30/25(2020.01)G06F 119/14(2020.01)(54)发明名称一种基于Martini力场的色素炭黑粗粒化模型建立方法(57)摘要本发明提出一种基于Martini力场的色素炭黑粗粒化模型建立方法，属于纳米化学计算技术领域；具体是将球形色素炭黑粗粒化模型分为了中心珠子以及最外层球壳形珠子，在Martini力场中定义两类型珠子，将摩尔质量、势作用参数进行赋值，在中心珠子以及最外层球壳形珠子的连接上采用键连接，以保证进行分子动力学模拟时可以不变小，不坍缩；由于整个粗粒化模型只有最外层球壳形珠子以及中心珠子，这大大减少了珠子的数量，可以在保证分子动力学计算的准确性同时大大的降低计算量，提高了计算的速度，也避免了计算上的浪费。

权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 112768007 A 2021.05.07C N 112768007A1.一种基于Martini力场的色素炭黑粗粒化模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据所需色素炭黑粒径大小，结合色素炭黑平均密度，计算所需色素炭黑的质量；S2、将色素炭黑分为中心珠子和以中心珠子为球心，均匀排布在球面上的最外层珠子；中心珠子和最外层珠子之间、最外层珠子之间均为键连接；根据色素炭黑粒径大小，确定最外层珠子数量，将所需色素炭黑的质量平均分配给最外层珠子；S3、根据色素炭黑粒径大小，确定中心珠子与最外层珠子之间的键长、最外层珠子之间的键长，以及为了维持结构刚性所需要的键能参数；S4、在Martini力场中分别定义中心珠子以及最外层珠子类型，根据中心珠子和最外层珠子的摩尔质量大小修改所定义珠子在Martini力场中的各类参数。

MaterialsStudio软件一、Materials Studio软件的主要应用领域包括：金属材料研究无机非金属材料研纳米材料研究高分子及其复合材料研究表界面研究化学反应研究含能材料研究生物、医药研究在晶体结构、形貌研究中的应用QSAR 的应用Perl 语言的应用Accelrys(美国)公司是世界领先的计算科学公司，是一系列用于科学数据的挖掘、整合、分析、模建与模拟、管理和提交交互式报告的智能软件的开发者，是目前全球范围内唯一能够提供分子模拟、材料设计、化学信息学和生物信息学全面解决方案和相关服务的软件供应商，所提供的全面解决方案和科技服务满足了当今全球领先的研究和开发机构的要求。

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它融合多种模拟方法，整合多达23 个功能模块，实现从电子结构解析到宏观性能预测的全尺度科学研究。

在国内拥有近400家用户，分布在石油、化工、环境、能源、制药、电子、食品、航空航天和汽车等工业领域和教育科研部门；相关的研究工作在Nature、Science等各类权威期刊上发表论文过万篇。

Materials Studio分子模拟软件采用了先进的模拟计算思想和方法，如量子力学（QM）、线性标度量子力学(Linear Scaling QM)、分子力学(MM)、分子动力学(MD)、蒙特卡洛(MC)、介观动力学(MesoDyn)和耗散粒子动力学（DPD）、统计方法QSAR(Quantitative Structure - Activity Relationship )等多种先进算法和X射线衍射分析等仪器分析方法；同时产品提供了界面友好的的模拟环境，研究者能方便地建立三维结构模型，并对各种小分子、纳米团簇、晶体、非晶体以及高分子材料的性质及相关过程进行深入的研究，得到切实可靠的数据。

Materials Studio分子模拟软件支持Windows和Linux操作平台，用户可以自由定制、购买自己的模拟方法和模块，以满足特定领域研究需求。

分子动力学在沥青中的应用摘要：对于沥青再生技术而言，再生中新旧沥青的混溶过程是一个关键问题，其直接影响着合适的新沥青胶结料等级及其用量的确定，并对保障沥青再生效果及沥青路面的路用性能具有重要意义。

为此本文采用分子动力学方法，从分子尺度构建新旧沥青混溶模型，在微观模拟新旧沥青混溶过程的同时，计算分析再生沥青的宏观物理性能。

关键词：再生沥青；分子动力学；新旧沥青混溶；再生剂1.绪论1.1.研究背景和意义公路作为一项为公众提供出行便利性的基础设施，一直是国家建设的重点工程，是衡量一个国家经济水平和发展状况的标志之一。

目前我国公路的主要路面类型为沥青混凝土路面，约占我国公路路面总面积的80%，而随着我国交通运输业的不断发展及公路的不断使用，已经有很大一部分的沥青路面面临着养护维修乃至重建，甚至有些路面在短期内就已经受到了定程度的损坏，需要进行养护以延长使用寿命。

这就导致了每年将产生大量的废旧沥青混合料。

在沥青混合料再生技术中，一个关键问题是再生过程中新旧沥青混合问题，其混合程度直接影响再生混合料的性能指标，对整个沥青混合料的性能指标有直接的影响，旧沥青是否完全参与再生，对于新沥青的等级、掺量、混合料设计等一系列问题起基础性的作用。

研究新旧沥青混合问题对沥青混合料再生技术有着重大的意义，是再生理论的基础性内容之一，对再生体系的完善起促进作用。

目前关于新旧沥青混溶状态的研究大多集中在宏观实验研究，但由于沥青的分子组成十分繁复，新旧沥青混溶的过程也极为复杂，宏观实验难以较好地表征新旧沥青的混溶状态，一些微观试验手段例如原子力显微镜、扫描电镜等，虽然可以观察到微观始末的状态，但其内部结构的变化过程却难以观测。

因此，分子动力学是研究新旧沥青混溶状态一个直接有效的研究手段。

而分子动力学通过定义粒子支架相互作用，通过对体系内分子运动进行计算，来得到体系的热力学性质。

利用分子动力学研究新旧沥青混溶状态，在对分子微观行为进行研究的同时，也可以计算物质的宏观物理性质。

分子动力学与分子力学不同，它求解的是随时间变化的分子的状态、行为和过程。

分子动力学将原子看作为一连串的弹性球，原子在某一时刻由于运动而发生坐标变化。

在运动的任一瞬间，通过计算每个原子上的作用力和加速度，来测定它们的位置和运动速度。

由于一个原子的位置相对于其他原子的位置不断变化着，同时力也在变化，可用适当的力场方法，通过评价体系的能量，计算出任一特定原子的力。

分子动力学模拟可作瞬时的、通常为皮秒级（10-12s）的分析，由此模拟计算而获得以一定位置和速度存在的原子的运动轨迹。

计算中根据分子体系的大小、特点和要求来决定模拟时间的长短。

分子动力学方法是一通用的全局优化低能构象的方法。

用分子动力学模拟可使分子构象跨越较大的能垒，因此可以通过升温搜寻构象空间，势能的波动对应着分子构象的变化，当总能量出现最小值时，在常温下（300K）平衡，即可求得低能构象。

在常温下的分子动力学模拟需要很长的时间来克服能量势垒，因此分子动力学对分子构象空间的取样相当缓慢。

提高分子体系的温度，可加大样本分子构型空间的取样效率。

分子动力学计算中，常使用蒙特卡洛算法和模拟退火算法。

蒙特卡洛算法：是一种统计抽样方法。

其基本思想是在求解的空间中随机采样并计算目标函数，以在足够多的采样点中找到一个较高质量的最优解作为最终解。

在动力学计算全局优化低能构象时，以经验势函数随机抽样，不断抽取体系构象，使其逐渐趋于热力学平衡。

该方法需要大量采样才能得到较精确的结果，因此收敛速度较慢。

模拟退火算法：退火是将金属或其他固体材料加热至熔化后，再非常缓慢地冷却的过程。

缓慢冷却是为了凝固成规则的处于最稳态的坚硬晶体状态。

模拟退火算法用于分子动力学计算时，可有效地求得分子的全局优势构象。

过程为：先使体系升温，在高温下进行分子动力学模拟，使分子体系有足够的能量，克服柔性分子中存在的各种旋转能垒和顺反异构能垒，搜寻全部构象空间，在构象空间中选出一些能量相对极小的构象；然后逐渐降温，再进行分子动力学模拟，此时较高的能垒已无法越过，在极小化后去除能量较高的构象，最后可以得到相应的能量最小的优势构象。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910387260.1(22)申请日 2019.05.10(71)申请人 青岛理工大学地址 266033 山东省青岛市市北区抚顺路11号(72)发明人 侯东帅　张庆恩　李萌萌　王攀　王鑫鹏　(74)专利代理机构 北京志霖恒远知识产权代理事务所(普通合伙) 11435代理人 朱昀(51)Int.Cl.G16C 10/00(2019.01)G16C 20/30(2019.01)(54)发明名称基于分子动力学测试电场作用下离子扩散系数的方法(57)摘要本发明属于微观纳米材料技术领域，尤其涉及基于分子动力学测试电场作用下离子扩散系数的方法，包括以下步骤：基于分子动力学仿真软件Materials Studio构建水化硅酸钙(C -S -H)模型，导出car，cor文件；基于大规模原子分子并行模拟器(lammps)导出data文件；LJ势函数用于估计分子的大小及非键结作用势能的最低值，求出不同原子之间的LJ势作用函数；撰写in文件，运行in文件；给模型在X方向施加电场强度大小分别为计算不同电场大小下的均方位移值；输出cl.msd文件；根据爱因斯坦的扩散定律通过Matlab分析以及Origin做图，得到离子的扩散系数。

本发明能快速、准确、无污染地预测混凝土的氯离子扩散系数。

权利要求书2页 说明书5页 附图3页CN 110097927 A 2019.08.06C N 110097927A1.基于分子动力学测试电场作用下离子扩散系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、用分子动力学仿真软件Materials Studio构建C-S-H模型，也就是水化硅酸钙模型；分别给钠离子、氯离子、钙离子、硅氧四面体中的硅原子以及氧原子赋电荷，保持电荷平衡，电荷平衡时为0，采用CVFF力场能量最小化保证模型模拟时能量最低，Materials Studio最后导出car，cor文件，把导出的car，cor文件复制到lammps中；ClayFF力场中使用SPC模型来表示水分子，利用Harmonic势场函数来分别表示O-H共价键的拉伸、H-O-H角度的弯曲作用：E bond stretch ij＝K1(r ij-r0)2，E angle bend ijk＝K2(θijk-θ0)2，K1，K2分别表示拉伸和扭转刚度，r0代表O-H键的平衡长度，θ0表示H-O-H的平衡角度，r ij 是为O和H原子间的分离距离，θijk是金属氧和氢的键角；步骤2、基于大规模原子分子并行模拟器lammps导出data文件，期间采用ClayFF力场中规定的原子参数设置模型各原子键角，键长强度值并根据ClayFF力场中明确的参数分别赋给data文件中钠离子、氯离子、钙离子、硅氧四面体中的硅原子和氧原子不同的势能值ε，以及钠离子、氯离子、钙离子、硅氧四面体中的硅原子以及氧原子之间的平衡距离δ；LJ势函数用于估计模型中所有原子的大小及非键结作用势能的最低值，ClayFF力场使用LJ势函数来表示钠离子、氯离子、钙离子、硅氧四面体中的硅原子和氧原子间的范德瓦尔斯力，模拟真实状态的模型中所有原子间作用，表达式为：其中r ij为i,j两个原子间距离，i,j为涉及模拟体系中发生阴阳离子之间相互作用的钠离子、氯离子、钙离子或硅氧四面体中的氧原子，D0,ij、R0,ij是C-S-H模型与观测到的结构和物理特性数据拟合得到的经验参数，分别表示i、j两个原子之间的能量与距离常数，i,j为涉及模拟体系中发生阴阳离子之间相互作用的钠离子、氯离子、钙离子或硅氧四面体中的氧原子；模拟过程中，离子之间存在库伦作用力，其静电库伦作用表达式为：式中，q i，q j表示模拟体系中相互作用的两种原子i,j各自的部分电荷；e是电子的电荷；r ij为i,j原子之间的分离距离；i,j为涉及模拟体系中发生阴阳离子之间相互作用的钠离子、氯离子、钙离子或硅氧四面体中的氧原子；ε0为真空的介电常数，值为8.8542*10-12F/m；计算值ε和δ查阅参考文献Clayff力场获得；步骤3、撰写in文件，运行in文件包括四部分：(1)C-S-H模型沿三维坐标X轴、Y轴、Z轴施加周期性边界；(2)固定C-S-H模型最底层原子，让溶液离子跑1000ps达到均匀分布；(3)解除C-S-H基底，让溶液和基底充分驰豫，分别给C-S-H模型中X轴，Y轴，Z轴方向分别赋初始力值大小为0，0，0；(4)设定lammps模拟参数：在in文件中，采用NVT系综，时间步长1fs，温度设定300K让整个盒子驰豫达到平衡，保证氯化钠溶液在C-S-H模型中扩散均匀，设定电场大小，以及电场方向；步骤4、给C-S-H模型在x轴方向或者y轴方向施加电场，继续跑2000ps，让离子在电场作用下运动，最后输出2000ps的原子轨迹进行matlab编程分析，即可计算不同电场大小下的均方位移大小，即MSD的大小；步骤5、lammps运行结束，输出均方位移文件cl.msd文件，均方位移文件为原子在电场作用下充分驰豫，平衡后输出的氯离子模拟数据；步骤6、根据爱因斯坦的扩散定律通过Matlab分析以及Origin做图，得到离子的扩散系数D(t)。

分子动力学模拟的若干基础应用和理论一、本文概述分子动力学模拟是一种基于经典力学的计算方法，通过求解分子体系的牛顿运动方程，模拟分子在特定条件下的动态行为。

该方法广泛应用于物理、化学、生物和材料科学等领域，为研究者提供了一种有效的工具，以深入理解和预测分子系统的宏观性质。

本文旨在探讨分子动力学模拟的若干基础应用和理论，从基础概念出发，阐述其基本原理、模拟方法以及在各个领域中的应用实例。

我们将详细介绍分子动力学模拟的核心技术，包括力场模型、初始条件设定、积分算法和模拟结果的解析等。

本文还将讨论分子动力学模拟的局限性以及未来的发展方向，以期为相关领域的研究人员提供有益的参考和启示。

二、分子动力学模拟的理论基础分子动力学模拟（Molecular Dynamics Simulation, MDS）是一种强大的计算技术，通过求解分子体系的牛顿运动方程，模拟分子在特定条件下的动态行为。

其理论基础主要建立在经典力学、统计力学以及量子力学之上，但在大多数应用中，由于计算能力的限制，经典力学是主要的工具。

在经典力学中，每个分子的运动可以通过牛顿第二定律来描述，即力等于质量乘以加速度（F=ma）。

在分子动力学中，这些力通常是分子间相互作用力，包括范德华力、氢键、库仑力等。

这些力可以通过分子力学模型或量子力学方法计算得出。

分子动力学模拟通常包括以下几个主要步骤：需要设定模拟的初始条件，包括分子的初始位置、速度和模拟的温度、压力等环境参数。

然后，根据分子间的相互作用力，通过求解牛顿运动方程，计算出每个分子在下一时刻的位置和速度。

这个过程会不断重复，直到模拟达到预设的时间长度或达到某种平衡状态。

在模拟过程中，为了处理大量的分子和长时间的模拟，通常会采用一些近似和简化的方法，如截断半径、周期性边界条件等。

由于分子间的相互作用力往往非常复杂，因此在模拟中通常会采用一些经验性的力场模型，如Lennard-Jones势、Morse势等。

超分子自组装材料的多尺度模拟研究方法1.1引言超分子化学是研究基于分子间非共价键相互作用而形成的具有一定结构和功能分子聚集体的化学，在与材料科学、生命科学、信息科学、纳米科学与技术等学科的交叉融合中，超分子化学已发展成超分子科学，是21世纪新概念和高技术的重要源头之一。

相较于传统化学上所研究的共价键，超分子化学的研究对象是一些较弱且具有可恢复性的分子间相互作用，如氢键、金属配位、xπ堆积、疏水效应等，这些分子间弱相互作用是促进分子识别的关键，对超分子体系的分子识别和组装有着重要意义12。

超分子材料的性能取决于基本构筑单元的分子结构，在更大程度上依赖于这些构筑单元经过自组装得到的介观尺度聚集体的结构与相态，而自组装过程又是影响超分子聚集体结构及其功能的关键因素。

超分子自组装过程的影响因素极其复杂，与传统凝聚态物质相比，超分子体系具有更高的流动性及环境依赖性，而正是体系热涨落及外部环境的约束性共同导致超分子体系的新行为，主宰体系演化的机制己从凝聚态物理传统的相互作用能量机制转变为动力学和熵效应的共同作用。

外部影响因素或者体系自身的耗散作用能够驱动超分子体系自组装形成各种丰富的结构，从而具有不同的功能及应用范围。

超分子体系自身结构的特点使得体系演化速度慢、松弛时间谱分布宽4.例如，单链聚合物的空间尺度从化学键键长（100m）延伸到链旋转半径（103m），而相应的时间尺度从化学键的振动（10-15可延伸到整条聚合物链的松弛和扩散（105s）。

如果考虑聚合物链之间的缠结效应，聚合物链的松弛时间会更长阿。

超分子自组装过程也涵盖非常大的空间和时间尺度：超分子材料的形成需要从基本构筑单元的分子尺寸（10°m）过渡到典型有序功能结构的尺寸（10m），此外有序功能结构转变动力学往往发生在微秒或更长的时间尺度上10l对于超分子材料体系而言，由于实验手段的一些限制，许多情况下很难获得这些复杂分子结构在多个尺度上的结构及动力学性质。

常用的粗粒化势
粗粒化势是指在分子模拟中用于描述分子间相互作用的一种势能函数。

常用的粗粒化势包括以下几种：
1. Lennard-Jones势：Lennard-Jones势是描述非极性分子之间相互作用的一种势能函数，它由两个项组成，分别是吸引力项和排斥项。

这个势能函数通常用于描述惰性气体分子之间的相互作用。

2. Coulomb势：Coulomb势是描述带电粒子之间相互作用的一种势能函数，它由两个带电粒子之间的电荷大小和它们之间的距离决定。

这个势能函数通常用于描述带电分子或电解质之间的相互作用。

3. 弹性势：弹性势常用于描述聚合物分子的相互作用。

它包含两个项：键长项和键角项，它们分别描述键的拉伸和弯曲。

这个势能函数可以用于模拟聚合物的结构和性质。

4. 软球势：软球势是一种模拟聚合物分子相互作用的势能函数，它把聚合物分子看作是柔软的球形物体。

这个势能函数可以很好地模拟聚合物分子的结构和动力学行为。

这些粗粒化势在分子模拟中都有着广泛的应用。

根据模拟的需求，选择合适的势
能函数可以提高模拟的准确性和效率。

动态表面张力破裂磷脂膜的分子动力学模拟孔宪;胡晓宇;卢滇楠;刘铮【摘要】The biocompatible nature of lipid bilayer makes it appealing for wide applications including biosensor, biomimetic membrane for separation or reaction. Understanding lipid bilayer rupture is of fundamental importance for the design and application of lipid bilayer based devices. In the present study, a lipid bilayer membrane made by dipalmitoyl phosphatidylcholine (DPPC) and dipalmitoyl phosphoglycerol (DPPG) was used for the molecular dynamics simulation of the lipid bilayer rupture. A method for determining the rupture time and the critical surface tension was proposed, based on which, the effects of lipid bilayer composition on the lipid bilayer rupture were examined. It was shown that an increase in the negatively charged DPPG in the lipid bilayer postponed the rupture time, indicating a strengthened structural stability. On the other hand, the widened distribution of the rupture time indicated the heterogeneous nature of the lipid bilayer. A dynamic microscopic opposing forces model was proposed to describe the above mentioned lipid bilayer rupture under an unsteady surface tension. The model had reproduced the simulation results and thus offered theoretical tools for the design and optimization of the lipid bilayer based devices and processes.%磷脂双层膜在生物传感器、仿生膜和生物膜反应器等领域具有广阔的应用前景。

粗粒度的分子动力学cgmd
粗粒度的分子动力学(Coarse-grained Molecular Dynamics, CGMD)
是一种应用于生物、化学、材料领域的计算模拟方法。

它能够通过将较大的、复杂的分子系统简化成少量几何体积大的“粗粒子”，从而显著减小
计算负荷。

CGMD旨在利用最简化的手段来模拟分子的动力学行为，如分子结构
的形变、动力学、扩散等。

该方法通常基于一定的物理、化学原理，比如
分子力学、弹性理论、液体动力学、化学反应动力学等。

这些模拟模型具
有较高的精度和可重复性，能够大大提高对分子结构和物理性质的理解和
预测。

由于CGMD能够有效减少分子系统的复杂性，它已成为分子模拟领域
中的基础计算工具。

与分子动力学方法相比，CGMD能够更好地模拟大分
子的静态和动态行为，并能够省去很多不必要的细节，使得计算速度更快，节约了大量的贮存和计算资源。

利用分子动力学模拟研究材料力学性能材料力学性能的研究对于材料科学的发展具有重要意义。

近年来，随着计算机技术的不断进步，分子动力学模拟成为研究材料力学性能的强大工具。

通过模拟材料的原子结构和运动状态，可以深入了解材料的力学行为，并为材料设计和改良提供指导。

分子动力学模拟是一种基于牛顿运动定律的计算方法，通过数值积分来模拟原子间的相互作用及其在时间上的演化。

在模拟过程中，原子之间的势能函数和运动方程起着关键作用。

通过调整势能函数和初速度等参数，可以对材料的物理性质进行描述，例如弹性模量、屈服强度、断裂韧性等。

弹性模量是材料力学性能的重要指标之一。

它反映了材料在受力时的变形能力，即材料在受到外力作用后能够恢复原始形状的能力。

通过分子动力学模拟，可以计算材料的弹性常数和弹性模量。

首先，在模拟中，需要确定材料的晶格结构和原子的初始位置，然后引入外力，模拟材料的应变过程。

根据二次方程拟合计算得到的应力应变曲线，可以得到材料的弹性模量。

屈服强度是材料在达到屈服点后发生塑性变形的能力。

通过分子动力学模拟，可以研究材料在不同外力作用下的塑性变形行为。

在模拟中，材料中的原子会受到外力的作用而发生位移，通过计算位移的大小和方式，可以得到材料的屈服强度。

此外，还可以通过模拟材料的断裂过程来研究材料的断裂韧性。

分子动力学模拟也可以用于研究材料的热膨胀性能。

在模拟中，可以通过控制温度对材料进行加热或降温，观察材料在不同温度下的热膨胀行为。

根据原子的运动状态和位置变化，可以得到材料的线膨胀系数和体膨胀系数，这对于材料的设计和应用具有重要意义。

除了以上提到的材料力学性能研究方向，分子动力学模拟还可以用于研究材料的强度、刚度、黏弹性等性质。

例如，通过模拟材料在不同压力下的变形行为，可以得到材料的强度和刚度。

通过模拟材料的应力松弛过程，可以得到材料的黏弹性性质。

这些研究对于材料的设计和应用具有重要的指导作用。

总之，利用分子动力学模拟研究材料力学性能可以深入了解材料的力学行为，为材料设计和改良提供指导。

分子动力学模拟方法的基本原理与应用摘要: 介绍了分子动力学模拟的基本原理及常用的原子间相互作用势, 如Lennard-Jones势; 论述了几种常用的有限差分算法, 如Verlet算法; 说明了分子动力学模拟的几种系综及感兴趣的宏观统计量的提取。

关键词: 分子动力学模拟; 原子间相互作用势; 有限差分算法;分子学是一门结合物理，和化学的综合技术。

分子学是一套方法，该方法主要是依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动，以在由分子体系的不同状态构成的系统中抽取样本，从而计算体系的构型积分，并以构型积分的结果为基础进一步计算体系的量和其他宏观性质。

从统计物理学中衍生出来的分子动力学模拟方法(Molecular Dynamics Simulation, MDS) , 实践证明是一种描述纳米科技研究对象的有效方法, 得到越来越广泛的重视。

所谓分子动力学模拟, 是指对于原子核和电子所构成的多体系统, 用计算机模拟原子核的运动过程, 从而计算系统的结构和性质, 其中每一个原子核被视为在全部其他原子核和电子所提供的经验势场作用下按牛顿定律运动。

它被认为是本世纪以来除理论分析和实验观察之外的第三种科学研究手段, 称之为“计算机实验”手段, 在物理学、化学、生物学和材料科学等许多领域中得到广泛地应用。

科学工作者在长期的科学研究实践中发现，当实验研究方法不能满足研究工作的需求时，用计算机模拟却可以提供实验上尚无法获得或很难获得的重要信息；尽管计算机模拟不能完全取代实验，但可以用来指导实验，并验证某些理论假设，从而促进理论和实验的发展。

特别是在材料形成过程中许多与原子有关的微观细节，在实验中基本上是无法获得的，而在计算机模拟中即可以方便地得到。

这种优点使分子动力学模拟在材料研究中显得非常有吸引力。

分子动力学模拟就是用计算机方法来表示统计力学，作为实验的一个辅助手段。

分子模拟就是对于原子核和电子所构成的多体系统，求解运动方程(如牛顿方程、哈密顿方程或拉格朗日方程)，其中每一个原子核被视为在全部其它原子核和电子作用下运动，通过分析系统中各粒子的受力情况，用经典或量子的方法求解系统中各粒子在某时刻的位置和速度，以确定粒子的运动状态，进而计算系统的结构和性质。

基于分子动力学的常用力场、算法及结果分析摘要：分子动力学模拟是随着计算机技术发展而兴起的一项新技术，结合了物理，数学和化学的模拟方法。

分子动力学模拟具有沟通宏观特性与微观结构的作用，对于许多在理论分析和实验都难以了解和观察到的现象能给出一定的微观解释，可以分析其中的物理现象和本质。

本文主要对分子动力学中常用力场，算法及结果分析方法进行综述。

最后基于计算机硬件的发展与模拟算法的优化,对该领域未来发展进行展望。

关键词：分子动力学；力场;算法；结果分析;引言早在20世纪50年代末，人们就已经开始进行计算模拟实验。

一开始,这些计算实验的对象只是一些小的模型体系，比如几个硬球的集合。

但早在那时，Alder和Wainwright[1］就已经预见到，这样的计算机模拟实验将会成为联结宏观实验现象和其微观本质的重要桥梁。

尽管解析理论进行模拟也可以部分解释实验，但是往往附带了很多近似，而计算机模拟能够提供体系的详尽信息，具有更大的优势。

由于宏观和微观在尺度上是截然不同的，为了能够在两者之间建立切实的关联，即微观模拟体系能够反映相应的宏观实验现象，需要通过周期性边界条件对模拟对象体系进行周期性的复制，以避免在实际中并不存在的边缘效应。

分子动力学模拟主要是依靠牛顿力学来模拟分子体系的运动，以在由分子体系的不同状态构成的系统中抽取样本，从而计算体系的构型积分，并以构型积分的结果为基础进一步计算体系的热力学量和其他宏观性质。

通过分子模拟技术,人们可以在分子、原子尺度上对所关心材料的物理、化学性质以及与之相对应的各种现象进行模拟,摒弃传统材料科学研究中被称之为“爱迪生方式"的炒菜式研究，利用计算机对材料的组成、性质、制备工艺、加工工艺等环节进行虚拟实验，获得大量数据，再与少量验证性实验进行对照,分析物理现象和本质,从而大大的降低材料的研发成本和时间.这种新材料的设计模式已经很大程度上取代了传统的新材料设计方式,成为新材料设计的主要方式之一。