第1章
高分子模拟概述
什么是分子动力学模拟 · 高分子材料的特点 · MD模拟在高分子领域的应用 · 课程整体框架介绍
入门导论
第2章
分子动力学基本原理
牛顿运动方程 · 势能面与力场 · Verlet算法 · 周期性边界条件 · 系综概念 (NVT/NPT/NVE)
核心算法
第3章
高分子力场基础
键伸缩能 · 键角弯曲能 · 二面角扭转能 · 非键相互作用 (LJ与库仑) · 力场参数化方法
力场参数
第4章
常用力场介绍
OPLS-AA · COMPASS · PCFF · GAFF · TraPPE-UA · 各力场适用场景对比
对比选择
第5章
建模工具入门
Packmol · Moltemplate · Material Studio · Amorphous Cell模块 · 构建无定形高分子盒子
建模工具
第6章
GROMACS安装与配置
Linux环境搭建 · GROMACS源码编译 · GPU加速配置 · 常用命令速查
环境GROMACS
第7章
LAMMPS安装与配置
LAMMPS编译选项 · 包管理 · in文件结构 · MPI并行设置
环境LAMMPS
第8章
单链高分子建模
构建聚乙烯单链 · 链长与分子量设定 · 链构象初始化 · 能量最小化
单链初始化
第9章
无定形高分子体系构建
目标密度设定 · 链数计算 · 周期性盒子填充 · 初始结构松弛
无定形填充
第10章
溶剂化体系构建
高分子溶液模型 · 溶剂分子添加 · 离子浓度调节 · 电荷中和
溶剂溶液
第11章
能量最小化
最速下降法 · 共轭梯度法 · 收敛判据 · 常见问题 (如原子重叠) 处理
优化收敛
第12章
平衡过程
NVT平衡 · NPT平衡 · 温度耦合 (Berendsen/v-rescale) · 压力耦合 (Berendsen/Parrinello-Rahman)
平衡耦合
第13章
温度控制方法
Andersen热浴 · Langevin动力学 · Nosé-Hoover链 · 温度梯度模拟
控温热浴
第14章
压力控制方法
Berendsen弱耦合 · Parrinello-Rahman各向异性 · 蒙特卡洛气压控制
控压各向异性
第15章
模拟参数设置
时间步长选择 · 总模拟时长 · 输出频率 · 轨迹文件格式 (XTC/TRR/DCD)
参数轨迹
第16章
键合与非键合参数设置
截断半径 · 邻居列表更新频率 · 长程静电 (PME/PPPM) · LJ相互作用处理
非键静电
第17章
高分子玻璃化转变温度模拟
降温速率设定 · 体积-温度曲线 · Tg提取方法 · 实验对比
Tg玻璃化
第18章
力学性能模拟
单轴拉伸模拟 · 应力-应变曲线 · 杨氏模量计算 · 泊松比提取
力学拉伸
第19章
扩散系数计算
均方位移 (MSD) 分析 · Einstein关系 · 链段运动模式 · 受限扩散
扩散MSD
第20章
回转半径与末端距
链构象分析 · Flory理论验证 · Kratky-Porod模型 · 链刚性表征
构象链刚性
第21章
径向分布函数 (RDF)
对相关函数计算 · 配位数分析 · 溶剂化结构 · 高分子间相互作用
RDF结构
第22章
氢键分析
氢键判据 · 氢键数目统计 · 氢键寿命 · 对高分子性能的影响
氢键相互作用
第23章
交联高分子模拟
交联点构建 · 交联度控制 · 网络结构表征 · 溶胀模拟
交联网络
第24章
高分子共混体系模拟
Flory-Huggins参数计算 · 相分离模拟 · 界面张力计算
共混相分离
第25章
纳米填料/高分子复合材料
纳米粒子插入 · 界面结合能 · 填料分散性 · 力学增强机理
复合材料填料
第26章
粗粒化模拟基础
MARTINI力场 · 映射方案 · 粗粒化参数化 · 逆向映射
粗粒化MARTINI
第27章
增强采样方法
伞形采样 · WHAM分析 · 自由能计算 · 拉伸分子动力学
增强采样自由能
第28章
数据分析与可视化
VMD使用 · OVITO使用 · Python (MDAnalysis/MDTraj) 脚本分析 · GROMACS分析工具
可视化Python
第29章
常见问题与调试
模拟崩溃原因 · 能量发散处理 · 体系不稳定排查 · 性能优化技巧
调试优化
第30章
综合案例实战
从建模到分析全流程——聚苯乙烯玻璃化转变温度模拟，输出完整项目报告
实战项目