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案例展示!案例精选之均方位移篇(附常见问题说明)

2023-02-23 09:41 作者:唯理计算  | 我要投稿

一、均方位移


研究方向分子模拟

概念解释:

均方位移(Mean Square Displacement, MSD),指的是粒子随时间移动后的位置相对于参考位置的偏差的量度。当观测时间趋于无穷大时,MSD与极限观测时间成正比。在统计力学中其定义为t时刻的系综平均,公式为

式中,N为粒子数,t为时间,

为目标粒子在t时间内经过的矢量距离,

为平衡后的系综平均。

MSD的斜率是扩散系数RDC(Running Diffusion Constant, RDC),公式为:

目的:说明粒子扩散的速度。

二、案例展示

不同热力学条件下乙醇浓度对甲烷水合物分解的影响

左上图是不同浓度乙醇溶液甲烷水合物体系中甲烷分子的MSD。随着模拟时长的增加,MSD先缓慢上升,后迅速上升。甲烷水合物未分解的6 ns前,40 mol%体系的MSD最高从右上图可以看出在6 ns前40 mol%体系的扩散系数最大,说明40 mol%体系的分解速度最快40 mol%乙醇溶液对水合物分解的影响最大

左上图为267.15 - 302.15 K和200 bar条件下,40 mol%乙醇的甲烷水合物体系中甲烷分子在0 - 10 ns内的MSD267.15 K和272.15 K的MSD几乎没有变化,说明水合物是稳定的其他温度的体系MSD随着模拟时长的增加先缓慢上升,然后迅速上升随着温度的升高,MSD值增大,说明温度越高甲烷分子越容易从水合物笼中逸出,分解速率越快

本项目仅提供常规图与数据文件


三、计算方案要求

可能存在的风险:

模拟计算的结构、条件均是严格意义上的、理想的,实际条件或许更为复杂可能计算结果不完全与实验结果趋势相一致。

技术难点:

依据具体体系体系大小有关例如分子链结构建模力场优化等


四、常见问题


问题一

1.我的实验条件是常温常压为何弛豫时NPT系综跑动力学时使用NVT系综呢

具体情况具体分析。这种情况一般是NPT弛豫来获得稳定尺寸的盒子,模拟相互作用时使用等温等体积系综。

问题二

2.软件的使用涉及版权问题吗

如果使用常见的Gromacs, LAMMPS等开源软件来做模拟无需考虑版权问题;但如果使用Materials Studio等商业软件则需考虑版权问题。需注意涉及分子优化的过程,可能涉及Gaussian等商业软件。


问题三

3.分子模拟中非键相互作用包括什么力场使用的哪个呢

具体情况具体分析。这种情况一般是NPT弛豫来获得稳定尺寸的盒子,模拟相互作用时使用等温等体积系综。

问题四

4.我的MSD结果数据不是直线我要如何计算斜率呢

计算扩散系数需要取MSD的线性部分,可自行截取,斜率数值大的扩散速度快。

问题五

5.交付的结果中是否包含了模型的可视化轨迹文件

可以提供模型的轨迹文件,方便您后期可以使用可视化软件(VMD)进行出图调整。


问题六

6.需要提供哪些信息呢

温度压强体系中各物质的分子结构可提供cdx文件或者手画的也可以体系中各物质数目比例需将其换算成摩尔比如有指定的分子相互作用位点也请给出


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