Molekulární dynamika polymerů

Podobné dokumenty
Molekulární dynamika vody a alkoholů

Metropolis Hastings MC: Nesymetrická matice α + 1/21

Princip metody Transport částic Monte Carlo v praxi. Metoda Monte Carlo. pro transport částic. Václav Hanus. Koncepce informatické fyziky, FJFI ČVUT

Měření teplotní roztažnosti

Monte Carlo. Simulační metoda založená na užití stochastických procesů a generace náhodných čísel.

Měření teplotní roztažnosti

( LEVEL 2 něco málo o matematickém popisu, tvorbě simulačního modelu a práci s ním. )

Počítačové simulace a statistická mechanika

Měření měrného skupenského tepla tání ledu

Mezoúrovňové modelování železničního štěrku pomocí kulovitých a polyhedrálních

Lekce 9 Metoda Molekulární dynamiky III. Technologie

19 Eukleidovský bodový prostor

Lekce 4 Statistická termodynamika

Chemie a fyzika pevných látek p3

STANOVENÍ SPOLEHLIVOSTI GEOTECHNICKÝCH KONSTRUKCÍ. J. Pruška, T. Parák

Pokročilé simulace ve fyzice mnoha částic:

Nelineární systémy a teorie chaosu

Základy vakuové techniky

Orbitaly, VSEPR 1 / 18

Harmonické oscilátory

Orbitaly, VSEPR. Zdeněk Moravec, 16. listopadu / 21

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Polarizace světla. Fyzikální sekce přirodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně. T = p =

Úvod. K141 HYAR Úvod 0

3. Měření viskozity, hustoty a povrchového napětí kapalin

INOVACE ODBORNÉHO VZDĚLÁVÁNÍ NA STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH ZAMĚŘENÉ NA VYUŽÍVÁNÍ ENERGETICKÝCH ZDROJŮ PRO 21. STOLETÍ A NA JEJICH DOPAD NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ

Vybrané technologie povrchových úprav. Základy vakuové techniky Doc. Ing. Karel Daďourek 2006

Experimentální realizace Buquoyovy úlohy

VLASTNOSTI VLÁKEN. 3. Tepelné vlastnosti vláken

Interakce látek s membránami z pohledu výpočetní chemie

Fyzika IV. g( ) Vibrace jader atomů v krystalové mříži

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

Při reálném chromatografickém ději nikdy nedojde k ustavení rovnováhy mezi oběma fázemi První ucelená teorie respektující uvedenou skutečnost byla

České vysoké učení technické v Praze Fakulta biomedicínského inženýrství

MODERNÍ APLIKACE STATISTICKÉ FYZIKY I

2. Atomové jádro a jeho stabilita

Odpružená sedačka. Petr Školník, Michal Menkina. TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Zadání Máme data hdp.wf1, která najdete zde: Bodová předpověď: Intervalová předpověď:

Kapitola 3. Magnetické vlastnosti látky. 3.1 Diamagnetismus

Zařízení: Rotační viskozimetr s příslušenstvím, ohřívadlo s magnetickou míchačkou, teploměr, potřebné nádoby a kapaliny (aspoň 250ml).

Tlumené kmitání tělesa zavěšeného na pružině

Vliv úhlu distální anastomózy femoropoplitálního bypassu na proudové charakteristiky v napojení

Časové řady, typy trendových funkcí a odhady trendů

Systém rizikové analýzy při sta4ckém návrhu podzemního díla. Jan Pruška

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Základní rovnice. - laminární tok -

Měření povrchového napětí

Od kvantové mechaniky k chemii

Opakování: shrnutí základních poznatků o struktuře atomu

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A3. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

Časové řady, typy trendových funkcí a odhady trendů

Aplikace metody konečných prvků

Kombinatorická minimalizace

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

Počítačový model plazmatu. Vojtěch Hrubý listopad 2007

Statistická termodynamika

Šíření tepla. Obecnéprincipy

KONSTITUČNÍ VZTAHY. 1. Tahová zkouška

Rekurzivní sledování paprsku

Název školy: SPŠ Ústí nad Labem, středisko Resslova

I Mechanika a molekulová fyzika

Náhodný vektor. Náhodný vektor. Hustota náhodného vektoru. Hustota náhodného vektoru. Náhodný vektor je dvojice náhodných veličin (X, Y ) T = ( X

Vlastnosti a zkoušení materiálů. Přednáška č.4 Úvod do pružnosti a pevnosti

Sekunda (2 hodiny týdně) Chemické látky a jejich vlastnosti Směsi a jejich dělení Voda, vzduch

Anizotropie fluorescence

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

Fyzikální praktikum I

Simulace pohybu chodců pomocí celulárních modelů

4. V jednom krychlovém metru (1 m 3 ) plynu je 2, molekul. Ve dvou krychlových milimetrech (2 mm 3 ) plynu je molekul

CAD/CAE. Fyzikální model. (fyzikální podstata problémů, počáteční a okrajové podmínky, materiálové modely)

Třífázové trubkové reaktory se zkrápěným ložem katalyzátoru. Předmět: Vícefázové reaktory Jméno: Veronika Sedláková

Kalorimetrická měření I

3.1. Newtonovy zákony jsou základní zákony klasické (Newtonovy) mechaniky

4.cvičení Metody stanovení zrnitosti

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE. Oleksandra Khirnova Počítačové modelování makromolekul

MATEMATIKA V MEDICÍNĚ

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

7 Hallůvjevvkovuapolovodiči

CAD/CAE. Fyzikální model. (fyzikální podstata problémů, počáteční a okrajové podmínky, materiálové modely)

12 DYNAMIKA SOUSTAVY HMOTNÝCH BODŮ

Detekce interakčních sil v proudu vozidel

Zada ní 1. Semina rní pra ce z pr edme tu Matematický software (KI/MSW)

Analýza reziduí gyroskopu umístěného na kyvadle p.1

Termomechanika cvičení

VY_32_INOVACE_265. Základní škola Luhačovice, příspěvková organizace Ing. Dagmar Zapletalová. Člověk a příroda Fyzika Opakování učiva fyziky

Fyzika IV. -ezv -e(z-zv) kov: valenční elektrony vodivostní elektrony. Elektronová struktura pevných látek model volných elektronů

Téma 3 Metoda LHS, programový systém Atena-Sara-Freet

Stochastické signály (opáčko)

Skupenské stavy látek. Mezimolekulární síly

OPTIMALIZACE A MULTIKRITERIÁLNÍ HODNOCENÍ FUNKČNÍ ZPŮSOBILOSTI POZEMNÍCH STAVEB D24FZS

Kapaliny Molekulové vdw síly, vodíkové můstky

Mgr. Jakub Janíček VY_32_INOVACE_Ch1r0118

Úloha 1: Vypočtěte hustotu uhlíku (diamant), křemíku, germania a α-sn (šedý cín) z mřížkové konstanty a hmotnosti jednoho atomu.

LÁTKOVÉ MNOŽSTVÍ. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: osmý

Laboratorní úloha č. 3 Spřažená kyvadla. Max Šauer

Modelování a simulace Lukáš Otte

Molekulová spektroskopie 1. Chemická vazba, UV/VIS

METODA MONTE CARLO A PROGRAMOVACÍ JAZYK MATLAB PŘI PŘÍPRAVĚ UČITELŮ NA PEDAGOGICKÝCH FAKULTÁCH

Úvod do fyziky tenkých vrstev a povrchů. Spektroskopie Augerových elektron (AES), elektronová mikrosonda, spektroskopie prahových potenciál

Teorie chemické vazby a molekulární geometrie Molekulární geometrie VSEPR

Úvod do strukturní analýzy farmaceutických látek

Transkript:

Molekulární dynamika polymerů Zbyšek Posel Katedra fyziky, Přírodovědecká fakulta, Univerzita J. E. Purkyně, Ústí n. Lab.

Polymery základní dělení polymerů homopolymery (alkany) Počítačové simulace délkové a časové škály modely polymerů Fyzikální vlastnosti polymerů statické, dynamické měření difůzního koeficientu Aplikace na alkany konfigurační bias Monte Carlo DL_POLY výsledky a soubory Škálovací zákony Rouseho řetízek

Polymery Velké molekuly (makromolekuly) složené z jednoho nebo více druhů atomů,molekul spojených do skupin ( repeating units ). http://en.wikipedia.org/

Základní rozdělení polymerů Homopolymery pouze jeden typ repeating units : 1 Blokové polymery : copolymers více typů repeating units : {2,3,4,5}

Alkany (lineární): Homopolymery Fyzikální vlastnosti: závislost na počtu elementů v řetízku závislost na struktuře http://en.wikipedia.org/

Počítačové simulace

Počítačové modely polymerů na atomistické úrovni United atoms modely CH 2 reprezentuje jednu částici

Definice interakcí v řetízku pomocí vazeb Bond vazba: závislost na vzdálenosti pevná vazebná délka popis pomocí pružiny Bending vazba: závislost na úhlu

Torsion ( Dihedral ) vazba: závislost na torzním úhlu

Fyzikální vlastnosti polymerů Strukturní vlastnosti vzdálenost konců řetízku gyrační poloměr M. Rubinstein, R.H. Colby, Polymer Physics. Oxford University Press, 2003.

Dynamické vlastnosti Difůzní koeficient: Diffusion coefficient popisuje tepelný pohyb atomů, molekul, Einsteinova rovnice d dimenze systému t časový interval, po který sledujeme pohyb D difůzní koeficient MSD mean squared displacement, t.j. vzdálenost, kterou urazí částice během časového intervalu t http://www.matdl.org/matdlwiki/index.php/softmatter:mean_squared_displacement

Viskozita vyjadřuje odpor tekutiny, na kterou je aplikován tzv. shear stress dá se měřit pomocí autokorelačí funkce: Greenova Kubova relace D. Frenkel, B. Smit, Understanding Molecular Simulation. Academic Press, 2002.

Měření difůzního koeficientu v simulacích MSD uvažujeme bez periodických okrajových podmínek r_old, r_new MEAN SQUARED DISPLACEMENT VARIABLES integer,parameter :: nsamp=10! Sampling Frequency integer,parameter :: tmax=2000! Max of MSD VAC integer,parameter :: t0max=1001! Max of Time Origin (t0max*it0 > tmax) integer,parameter :: it0=10! MSD New Time Origin Frequency integer::time0(t0max),ntime(tmax) D. Frenkel, B. Smit, Understanding Molecular Simulation. Academic Press, 2002.

Parametry modelu: Aplikace na alkany N. Ch. Karayiannis et al., J. Chem. Phys. 117, 11, 2002.

Počítačový model alkanů v DL_POLY Počáteční konfigurace: krátké řetízky: mřížka dlouhé řetízky: konfigurační bias Monte Carlo (CBMC) 1. Nagenerujeme k zkušebních konfigurací 2. Spočítáme u ext (nevazebné interakce) a posoudíme výhodnost každé zkušební konfigurace 3. Spočítáme Rosenbluthůvfaktor pro celý nový řetízek 4. Po nagenerování celého systému můžeme spočítat Rosenbluthůvfaktor konfigurace

Počáteční termalizace systému konfigurace nagenerována pomocí CBMC 1. Vybereme náhodně jeden řetízek. 2. Vybereme náhodně segment, od kterého budeme nový řetízek generovat. 3. Po nagenerování spočítáme Rosenbluthůvfaktor nového řetízku 4. Pomocí následující podmínky posoudíme výhodnost nové konfigurace 5. Celý postup opakujeme od bodu 1. 6. Po dokončení máme zrelaxovanou konfiguraci, kterou můžeme dosadit do molekulární dynamiky. D. Frenkel, B. Smit, Understanding Molecular Simulation. Academic Press, 2002.

FIELD DL_POLY soubory

CONTROL DL_POLY počítá difůzní koeficient segmentů. Požadujeme difůzní koeficient celého řetízku, t.j. sledujeme pohyb středu hmotnosti polymerů (COM) Generujeme HISTORY file; 0 zapisujeme pouze polohy; zapisujeme každou 1 000. konfiguraci; začínáme od 10 000. konfigurace.

Výpočet difůzního koeficientu z HISTORY souboru 1. Získáme střed hmotnosti pro každý řetízek pomocí vztahu 2. Získáme nový HISTORY soubor pro COM každého polymeru

Mean squared displacement of Center of Mass: NVT; Ns=8; Nc=200; T=398.7 K; P=1.0 atm 10000 1000 100 <r 2 (t)> 10 1 0.1 0.001 0.01 0.1 t Mean squared displacement of center of mass dif_einst = 0.0d0 border2=max_msd-2 count = border2-border1 do i= border1,border2 dif_einst = dif_einst + r2t(i)/(2*dim*t) t = t + dtime end do dif_einst = dif_einst/ real(count)

Škálovací zákony Rouseho model polymeru: částice polymeru jsou spojeny pružinou a interagují spolu pouze skrze pružinu měříme: vzdálenost konců řetízků, gyrační poloměr, difůzní koeficient, závislost veličin na počtu segmentů v řetízku N lze odvodit z těchto závislostí jisté chování a lze ho vyjádřit analyticky

Vzdálenost konců řetízků, R 0 DPD-harmonic, k=2: T*=1.0, σ*=3.35, ρ =3, r* c =1.0, r 0 =0 10 R* 0 1 1 10 R* 0 R* 0 =A 0 (N-1) 0.5 ; A 0 =1.31 N - 1

Gyrační poloměr, R g DPD-harmonic, k=2: T*=1.0, σ*=3.35, ρ =3, r* c =1.0, r 0 =0 10 R g 2 * 1 0.1 1 10 N-1 R 2 g * R 2 g *=(A 0 ) 2 * ( (N-1)/6 ),A 0 =1.322

Poměr R 02 /(6.R g2 ) DPD-harmonic, k=2: T*=1.0, σ*=3.35, ρ =3, r* c =1.0, r 0 =0 1.1 1.0 R 0 2 /(6.Rg 2 ) 0.9 0.8 0.7 0.6 0 10 20 30 40 50 60 N

Difůzní koeficient DPD-harmonic, k=2: T*=1.0, σ*=3.35, ρ =3, r* c =1.0, r 0 =0 0.1 D* 0.01 D D* = A 0 N -1, A 0 =0.3045 10 100 N

Viskozita DPD-harmonic, k=2: T*=1.0, σ*=3.35, ρ =3, r* c =1.0, r 0 =0 18 16 14 12 10 <η> 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 N viscosity mean visoxity mean (shear 0.001;0.01;0.1) fit: <η>=a 0 *N; A 0 =0.5434