【摘要】 分子模拟方法整理和总结

学习到这里，相信同学们对分子模拟也有了一定的了解了，但前面都讲的较为零散，因此从这一期开始我们就对这些方法进行专门的整理和总结。

 

量子力学(Quantum Mechanics, QM) 方法：

 

量子力学方法是以研究分子中电子的非定域化为基础，一切电子的行为以波函数表示。此方法借助计算分子结构中各微观参数，如电荷密度、键序、轨道、能级等与性质的关系，设计出具有特定动能的新分子。该法所描述的是简单的非真实体系，计算的是绝对温度零度下真空中的单个小分子。最为普遍的量子力学计算方法为从头算计算法(ab intio method)。随后发展了一些较为简便的半经验分子轨道计算法(semi- empirical molecular orbital method),这些计算方法多引用一些实验值为参数,以取代计算真正的积分项。其中从头算量子力学计算广泛用于计算平衡几何形状、扭转势以及小分子的电子激发能。随着计算机硬件和算法的发展，已将此技术用到大分子，包括聚合物的低聚物在内的模型，并有较好的效果。

 

通过上文,我们可以知道量子力学的方法适用于简单的分子，或电子数量较少的体系。

 

但是在自然界与工业上的许多系统中，比如聚合物(脂肪、橡胶、安全玻璃等等)、生化分子(核酸、酶、蛋白质、多糖类等)、合金材料等均含有大量的原子及电子。对于金属材料、聚合物材料、浓稠溶液、固态混合物、纳米材料等系统，我们不需要了解单一分子的性质及分子间的相互作用，我们需要了解的是整个系统的各种集合的性质、动态行为与热力学的性质。对于这样的复杂体系，因其含有的电子数目较多，量子力学方法就无法完成其计算任务。因此就有了我们接下来要讲的非量子力学计算方法的出现，利用这些非量子力学的计算方法可以解决许多复杂系统的问题，并得到相当精确的结果。

 

参考文献

  • 欧阳芳平 ,徐慧 ,郭爱敏 ,李燕峰.分子模拟方法及其在分子生物学中的应用[J].生物信息学,2005(01):33-36.
  • 朱伟平.分子模拟技术在高分子领域的应用[J].塑料科技,2002(05):23-25+33.
  • 庄昌清,岳红,张慧军.分子模拟方法及模拟软件Materials Studio在高分子材料中的应用[J].塑料,2010,39(04):81-84.
  • 李以圭,刘金晨.分子模拟与化学工程[J].现代化工,2001(07):10-13+15.DOI:10.16606/ j.cnki.issn0253-4320.2001.07.003.

 

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