1 / 21

Автор : Лукин Сергей ( аспирант кафедры прикладной математики )

Моделирование адсорбции водного раствора несимметричного диметилгидразина в микропоре активированного угля методом молекулярной динамики. Автор : Лукин Сергей ( аспирант кафедры прикладной математики ) Научный руководитель: Меньшиков Л. И. Архангельск, 2013. Вычислительный эксперимент.

marcos
Download Presentation

Автор : Лукин Сергей ( аспирант кафедры прикладной математики )

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Моделирование адсорбции водного раствора несимметричного диметилгидразина в микропоре активированного угля методом молекулярной динамики Автор: Лукин Сергей (аспирант кафедры прикладной математики) Научный руководитель: Меньшиков Л. И. Архангельск, 2013

  2. Вычислительный эксперимент Метод изучения устройств или физических процессов с помощью математического моделирования • Теоретические исследования молекулярных систем • Исследование свойств веществ • Синтез веществ с заданными свойствами

  3. Цель Продемонстрировать эффективность использования методов вычислительного эксперимента при решении прикладных задач физической химии, характерных для арктического региона.

  4. Несимметричный диметилгидразин Несимметричный диметилгидразин (НДМГ, «гептил», 1,1-диметилгидразин) — компонент высококипящего (имеющего температуру кипения выше 0 °C) ракетного топлива Обладает сильным токсическим и мутагенным действием. 1й класс опасности Космодром «Плесецк»

  5. Адсорбция Адсорбция (лат. ad — на, при; sorbeo — поглощаю) — это повышение концентрации одного вещества (газ, жидкость) у поверхности другого вещества (жидкость, твердое тело). Адсорбция — всеобщее и повсеместное явление, имеющее место всегда и везде, где есть поверхность раздела между фазами. Наибольшее практическое значение имеет адсорбция поверхностно-активных веществ и адсорбция примесей из газа либо жидкости специальными высокоэффективными адсорбентами.

  6. Активированный уголь Активированный (или активный) уголь (от лат. carbo activatus) — это адсорбент - вещество с высоко развитой пористой структурой, которое получают из различных углеродсодержащих материалов органического происхождения

  7. Модель раствора в поре угля

  8. Молекулярная динамика • МД – метод молекулярного моделирования, позволяющий имитировать движение каждой частицы молекулярной системы с помощью пошагового интегрирования Ньютоновских уравнений движения. • Объём вычислений • Моделирование небольших временных интервалов • Только макропараметры • Хорошая аппроксимация • Простота реализации • Распараллеливание • Эффективность

  9. Механизм МД МД - имитирование движений каждой частицы молекулярной системы с помощью Ньютоновских уравнений движения - масса и радиус-вектор i-го атома системы - полная энергия системы

  10. O ＋ ー H Полная энергия Φ Θ r Колебание хим. связь Колебание валентных углов Торсионный угол Водородная связь Ван Дер Ваальсово взаимодействие Электростатическое взаимодействие r r r

  11. Интегрирование Для получения траекторий движения атомов разработано несколько численных алгоритмов интегрирования уравнений МД (алгоритм Верле, leap-frog и т.д.). Алгоритм Верле Используя координаты и ускорение на шаге tи t – dt , получаем координаты на шаге t

  12. Ход эксперимента 1. Создание начальной конфигурации моделируемой ячейки • Начальные координаты и скорости атомов • Граничные условия (например, периодические) 2. Ввод параметров системы • Параметры межатомного взаимодействия • Топология системы (хим. связи, углы и тд.) • Прочие параметры (температура, давление, шаг интегрирования …) 3. Минимизация системы • Коррекция положения атомов для минимизации энергии 4. Релаксация к положению термодинамического равновесия 5. Наблюдение, получение результатов

  13. Программные пакеты Ascalaph Designer, VMD, PyMOL, VegaZZ – создание модельной ячейки (визуальное конструирование молекул) NAMD – пакет молекулярного моделирования, реализующий методы молекулярной динамики, монте-карло. Поддерживает мультипроцессорную обработку, есть кластерная версия. Визуализация результатов – VMD, PyMOL

  14. Параметры модели Параметры межатомного взаимодействия и топологии: T = 300К Шаг интегрирования = 1.5 фс Шагов моделирования = 100000 (0.15 наносекунды) Атомы поры угля фиксированы

  15. Создание модели молекулы в PyMOL

  16. Файлы топологии и настроек NAMD

  17. Начальная конфигурация в VMD

  18. 15 Пикосекунд (10000 шагов)

  19. 75 Пикосекунд (50000 шагов)

  20. 150Пикосекунд (100000 шагов)

  21. Спасибо за внимание Лукин СергейИгоревич (аспирант кафедры прикладной математики) E-mail: Sergey.Lukin@gmail.com

More Related