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【求助】materials studio 软件中高分子材料模拟的力场选择 已有10人参与
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在别的地方看到的materials studio的好东西，分享给虫友，一目了然。 materials studio软件中与高分子模拟有关的力场主要有COMPASS 力场、PCFF力场、CVFF力场及通用力场等，分述如下。 1 COMPASS 力场 COMPASS力场是第一个把以往分别处理的有机分子体系的力场与无机分子体系的力场统一的分子力场。COMPASS力场能够模拟小分子与高分子，一些金属离子、金属氧化物与金属。在处理有机与无机体系时，采用分类别处理的方式，不同的体系采用不同的模型，即使对于两类体系的混合，仍然能够采用合理的模型描述。COMPASS 力场覆盖的化学结构见表1。 表1 COMPASS 力场覆盖的化学结构 有机分子，高分子，气态分子 烷烃 CnH2n+2 烯烃 CnH2n 炔烃 CnHn 苯/芳香烃 C6H6, -C6H5, C12H10 环烷烃 CnH2n 醚 -R-O-R- 乙缩醛 -C(OR)2- 醇 -R-OH 苯酚 Ar-OH 胺 -NR2 氨 NH3 醛/酮 -CO- 羧酸 -COOH 酯 -COO- 碳酸盐 -OCOO- 酰胺 -CONH- 氨基甲酸酯/氨基甲酸乙酯 -OCONH- 硅氧烷 -Si-O-Si- 硅烷 -Si-Si- 小分子 O2, N2, H2, H2O, CO, CO2, CS2, SO2, SO3, NO, NO2, NH3, He, Ne, Ar, Kr, Xe 卤烃 R-X (X=F, Cl) 膦腈 -N=PX2- (X=F, Cl, NR, OR, R) 硝基 -NO2 腈 R-CN 异氰化物 RNCO 硫化物 RSR 硫醇 RSH 氨基氧化物 NR3O 芳香族卤化物 Ar-Cl, Ar-F 氨腈 -N=C=O 硝酸盐 R-O-NO2 无机分子 金属 Al, Na, Pt, Pd, Au, Ag, Sn, K, Li, Mo, Fe, W, Ni, Cr, Cu, Pb, Mg 金属 卤化物 Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Mg++, Ca++, Fe++, Cu++, Zn++, F-, Cl-, Br-, I- 氧化硅/硅酸铝 SiO2, AlO2 金属氧化物 Li2O, Na2O, K2O, MgO, CaO, SrO, BaO, TiO2, Fe2O3, Al203, SnO2, SiO2 2 CFF力场 Hagler 等人开发的CFF 力场包括CFF91、CFF93、PCFF、CFF95 等, 是第二代半经验力场算法，远比上述经典力场复杂，需要大量的力参数。其能量计算包含了交叉耦合作用校正。这类计算方法中的参数主要由以下物质实验或计算数据得到：含H,C,N,O,S以及P的化合物，主要是由这些元素相互之间形成的物质；卤素原子以及离子；碱金属阳离子以及某些在生物化学领域内重要的金属二价阳离子。 PCFF基于CFF91构建，主要增加了聚合物，金属以及分子筛体系方面的计算参数，是适用于高分子的力场, 它可用来预测有机高分子、沸石分子体系。 3 CVFF力场 CVFF力场全名为一致性价力场(consistant valence force field),最初以生化分子为主，适应于计算氨基酸、水及含各种官能团的分子体系。其后，经过不断的强化，CVFF力场可适用于计算多肽、蛋白质与大量的有机分子。此力场以计算系统的结构与结合能最为准确，亦可提供合理的构型能与振动频率。 4通用力场 前述的力场由于最初的设计都是针对有机分子或生化分子，故仅能涵盖周期表中的部分元素，其力场参数多由拟合计算与实验值或量子计算值而来。为使力场能广泛地适应于整个周期表所涵盖的元素，发展了通用力场。在高分子模拟领域应用最多最广泛的力场是近年发展起来的通用力场, 包括Dreiding 力场、UFF 力场、ESFF 力场等, 这些力场的使用范围几乎覆盖了元素周期表中的所有元素。 （1）Dreiding 力场 Dreiding力场是Mayo、Olafson 等人于1990 年开发的一种较好的、具有各种用途的力场 , 它的最大优点在于有很强的预测能力, 相对于那些为十分有限的体系提供较高精确度的特殊力场，Dreiding力场允许合理地预测大量的体系, 包括那些含有新元素化合类型的体系, 以及没有或很少实验数据的体系, 也能较好地进行能量、结构的预测和动力学计算。Dreiding力场在预测依赖分子内相互作用的聚集态材料的性质比UFF 力场更好, 但它未对整个周期表进行参数化, 因而不及UFF 力场应用广泛。Dreiding力场没有像UFF 力场和ESFF 力场那样的“参数产生器”，但它的参数也是由一种基于规则的方法而产生。Dreiding2. 21 是目前最新的版本, 也是高分子材料模拟中最常用的力场。 （2）UFF 力场 UFF (UNIVERSAL Force Field) 力场是由Rappe 及其研究小组在1992 年开发的优秀通用力场它对整个元素周期表进行了参数化, 所有力场参数是由一系列基于元素、杂化及化合连接的规则产生的，它是适用范围最广泛的计算方法，对元素周期表内的所有元素适用，因此一般结构都可以采用这个算法。UFF力场被证明对许多体系有效, 因而被推荐用来预测那些未被特殊力场覆盖的体系。通常UFF力场对分子结构预测比Dreiding力场好, 但对依赖于分子内相互作用的性质预测则差一些。UFF力场另一特点是有一个“参数产生器”, 它能结合原子的参数产生力场参数, 因此力场所需的任何原子化合类型参数都能被产生出来。UFF 力场已发展到与电荷平衡法相结合，用UFF力场进行的计算极力主张使用电荷平衡计算, 并为许多体系所证实。 （3）ESFF力场 ESFF力场是1998年由M S I 公司开发的力场, 它对元素周期表中氡(Rn) 以前的元素进行了参数化, 它的参数导出结合了密度泛函理论, 能用于预测有机、无机和有机金属体系在气态及凝固态的结构, 但对振动常数和构象能则不能精确预测。 [ Last edited by mingdong on 2011-1-15 at 21:41 ] |
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