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tianlangxingaa

铁杆木虫 (著名写手)

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[交流] 【分享】高分子模拟

高分子模拟技术（Polymer Simulation）
当前从事高分子研究通常有三种手段，第一，是实验手段，这是高分子界学者所共知的。第二，是理论手段，国内仅有极少部分学者从事这种工作。第三，是“计算机实验”手段（即“计算机模拟”研究），国内已有部分学者从事这方面的研究工作。“计算机实验”（“计算机模拟”）是利用计算机软、硬件来将高分子实验研究和理论研究相结合起来的一种新研究方法，它可以用计算机给出被研究体系的实验可测的物理量及现有实验无法测量的物理量。对计算机给出的实验可测物理量，我们可通过用实验实测数据来进行比较，从而判定模拟方法的正确与否及由此推断在真正实验中无法看到的实验系统的动态演变过程；计算机给出的现有实验无法测量的物理量，可以给我们提供在实验研究中无法得到的各种额外“数据”，从而弥补了现实研究手段的不足。
（1）蒙特卡洛模拟方法（Monte Carlo 模拟方法）

　　蒙特卡洛方法建立在统计数学的基础上，因此在数学上称为“随即模拟”（或“统计试验方法”），它在对高分子问题的研究中，使用真实分子模型，用真实分子的键长、键角，根据实验的各种外部、内部条件，以及化学反应、物质变化的各种物理－化学定律，来考察、计算模型体系的各种统计性质的变化及对所研究的问题给出统计参数。
　　蒙特卡洛模拟适用于研究复杂体系。研究具有多得数不清的结构、状态的体系，对此我们可以采用蒙特卡洛模拟，以统计的方法寻找出现几率最高的结构、状态，或相应的有关数据。
　　蒙特卡洛模拟方法，可用于模拟研究高分子链的结构、状态统计；高分子链形成的凝聚态的统计；高分子各种静态结构和非平衡态结构的动态演变的统计；高分子随加工条件的变化在高分子材料中形成的多相、多组分体系结构、形态的演变过程等领域的基础性课题。
蒙特卡洛模拟方法，根据所研究的各种不同问题，编有不同的计算机软件。
　　（2）分子动力学模拟方法
　　分子动力学模拟方法建立在经典力学的基础上，把分子看成是用弹簧将不同原子相连接而构成的复杂体系，在这种体系中各原子处在不同的势能场中，同时因受外部因素如温度、压力、电场等条件的影响，分子中各原子还受到不同动能场的影响。根据这样的物理模型，计算各种分子体系在不同外界条件下，分子所呈现的各种状态时的能量的分布，由此可推算分子在真实实验体系中出现的最大几率状态（最低能量的状态）和可能出现的状态或过渡态（能量高于最低能量态时的状态）。
　　分子动力学模拟方法更适合于研究实验体系在短时间尺度中的动力学过程。而恰恰是对短时间尺度中的动力学过程，我们难以在实验中测得有用的数据。
　　分子动力学模拟方法，可用于模拟研究高分子链构象，高分子链的结晶行为，高分子材料中高分子的受力状态，高分子热力学研究等领域的学术问题。
　　分子动力学模拟方法，针对不同的研究领域，已有专门的计算软件。

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