LAMMPS+Gaussian专题
研究背景
近年来,分子动力学及计算化学发展十分迅速,目前已经成为发表重要科研成果的“标准配置”,发表高水平文章更是不能缺少理论计算的助力,并且被广泛应用在化学、物理材料和生物等学科中。
其中分子动力学软件LAMMPS可以模拟气态、液态、固态及混合态体系,并且计算速度快,计算能力强,采用不同的力场和边界条件来模拟全原子,聚合物,生物,金属,粒状和粗粒化等。
而量子化学软件Gaussian是一款功能非常强大的综合软件包,功能全面、图形界面友好、结构和能量计算准确并且精度高,解决了很多实际课题问题。
【专题一】
“LAMMPS分子动力学模拟技术与应用”
课程 |
内容 |
赠送视频内容 MD基础知识 |
分子动力学模拟入门理论 ——掌握LAMMPS的in文件中实现这些功能的命令 系综理论、主要算法介绍、单位制 积分步长的选取、温度和压力控制 周期性边界条件以及力场简介 分子动力学模拟流程 |
第一天 上午 LAMMPS 基础入门 |
1 LAMMPS的基础入门 ——初识LAMMPS是什么?能干什么?怎么用? 1.1 LAMMPS在win10和ubuntu系统的安装及使用 1.2 in文件结构格式 1.3 in文件基本语法:结合实例,讲解in文件常用命令 1.4 data文件格式 1.5 LAMMPS常见错误解决途径 ☆实例操作: 运行并理解跟自己科研方向相近的例子 |
第一天 下午 LAMMPS 进阶 (石墨烯、金属材料模拟专题) |
2 LAMMPS进阶实例操作,理解模拟对象的物理意义 ——从简单例子走向文献模型,举一反三提高学习效率 ☆实例操作: 2.1 把剪切模型转换成拉伸模型 2.2 lattice命令石墨烯、金属、合金、高熵合金不同形状模型 2.3 石墨烯(不同力场)、金属、合金、高熵合金等拉伸剪切力学性质模拟 |
第二天 上午 LAMMPS 进阶 (纳米流体模拟专题) |
3 LAMMPS进阶实例操作,理解模拟对象的物理意义 ——从简单例子走向文献模型,举一反三提高学习效率 ☆实例操作: 3.1 把二维couette和poiseuille流动扩展成三维模型 3.2 建立三维管道内的poiseuille流动 3.3 进行石墨烯通道内的Couette流动和Poiseuille流动模拟 3.4 调节通道表面电荷性质、亲疏水性质,分析其对流动性质的影响 3.5 学习使用packmol,建立复杂混合溶液体系模型 3.6 模拟KCl等盐溶液的纳米流体流动 |
第二天 下午 LAMMPS 进阶 (热传导模拟专题) |
4 LAMMPS进阶实例操作,理解模拟对象的物理意义 ——从简单例子走向文献模型,举一反三提高学习效率 ☆实例操作: 4.1 理解导热系数意义 4.2 掌握lammps计算导热系数的几种方法 4.3 碳纳米管等导热系数的模拟计算 |
第三天 上午 LAMMPS 进阶 (多成分体系模拟专题) |
5 LAMMPS进阶实例操作,理解模拟对象的物理意义 ——从简单例子走向文献模型,举一反三提高学习效率 ☆实例操作: 5.1 金属、合金、高熵合金的摩擦模拟 5.2 材料切削模拟 5.3 夹层结构 (graphene/C60/graphene)在不同粗糙度条件下的摩擦模拟 |
第三天 下午 LAMMPS 进阶 (金属、半导体材料的辐照模拟) |
6 离子辐照对石墨烯、金属、碳化硅的离位损伤模拟 6.1 建立模拟体系的初始模型 6.2 PKA动能、位移随时间变化 6.3 点缺陷结构可视化 6.4 点缺陷的数量随时间变化 6.5 点缺陷的空间分布及演化过程 |
备选内容,根据课堂进度和学员情况决定 |
VMD、OVITO、msi2lmp等有机小分子建模,模型合并及模拟轨迹文件处理等 |
第四天 上午 自建分子力场参数文件和金属有机框架材料晶体模型 |
7 LAMMPS分子力场文件创建及MOFs材料建模 7.1 介绍固体材料单晶包试验数据结构,掌握基本的材料几何特征 7.2 利用MS软件构建MOFs材料单晶包模型和H2和CO2分子模型 7.3 讲解分子作用势能函数,学习编写MS软件中的力场参数文件(off文件) 7.4 简单介绍巨正则系综Monte Carlo方法 7.5 利用Sorption模块将H2和CO2分子插入到MOFs材料 7.6 编写LAMMPS力场文件(frc文件),并通过lammps程序生成data文件 7.7 运行能量最小化及体系的预松弛 7.8 模拟步骤:包括能量最小化NVT平衡,对研究目标的性质进行长时间轨迹平衡-输出研究所关心的性质。 实例操作:金属有机框架(MOFs)储氢和碳捕集模拟,计算密度分布,分子的MSD等性质。 |
第四天 下午 分子筛纳米膜分离H2/CO2混合气体模拟 |
8 研究H2/CO2在ZIF-7膜材料中分离性能 ——模拟文献Science 346 (6215), 1356-1359的分离过程 8.1 利用MS软件构建ZIF-7膜材料单晶包 8.2 设计H2/CO2与ZIF-7体系模型,再现文献“Science 346 (6215), 1356-1359”的实验过程。 8.3 自定义分子力场文件(frc文件),通过lammps程序生成data文件 8.4 运行能量最小化及体系的预松弛 8.5 模拟步骤:包括能量最小化NVT平衡,对研究目标的性质进行长时间轨迹平衡-输出研究所关心的性质。 8.6 采用VMD查看动态轨迹 8.7 数据分析,计算RDF,MSD,密度分布,选择性等 实例操作:VMD中查看可视化的动态轨迹,计算密度分布,分子的MSD等,抽取轨迹的动能、势能、总能量等相关数据,对轨迹进行初步分析。 |
第五天上午 ReaxFF进阶 (碳氢化合物的燃烧) |
9 利用ReaxFF模块研究碳氢化合物的燃烧 9.1 ReaxFF反应力场概述 9.2 碳氢化合物和氧气分子体系的构建 9.3 能量最小化及常温弛豫 9.4 升温模拟 9.5 高温下氧化过程的模拟 9.6 轨迹分析及产物物种分析与可视化 实例操作:碳氢化合物燃烧中升温模拟和高温下氧化过程模拟 |
第五天下午 ReaxFF进阶 (化学机械抛光) |
10 利用ReaxFF模块研究化学机械抛光 10.1 利用 LAMMPS进行复杂体系的建模 10.2 能量最小化及预弛豫 10.3 施压过程模拟 10.4 拉伸过程模拟 10.5 采用 OVITO查看动态轨迹以及数据分析等 实例操作:化学机械抛光施压过程模拟和拉伸过程模拟 |
案例图示
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【专题二】
“Gaussian量子化学计算技术与应用”
课程 |
内容 |
理论计算化学理论及程序入门操作 |
1、理论计算化学简介 1.1 理论计算化学概述 1.2 HF理论及后HF方法(高精度量化方法) 1.3 密度泛函理论和方法 1.4 多种理论计算方法的优缺点及初步选择 1.5 基组及基组的选择 2、Gaussian及GaussView操作基础及应用 2.1 Gaussian及GV安装及设置(Win和Linux) 2.2 Gaussian基础知识及入门操作 2.3 GaussView使用及结构构建 2.4 Linux基本命令及Vi编辑器 2.5 构建Gaussian输入文件并提交任务 2.6 详细认识输入文件和输出文件(Win和Linux) |
Gaussian 基础操作及实际计算过程 |
3、Gaussian基础操作Ⅰ: 3.1 几何优化及稳定性初判 3.2 单点能的计算及取值 3.3 频率计算及分析 3.4 溶剂模型 4、Gaussian基础操作Ⅱ: 4.1 分子轨道、轨道能级 4.2 HOMO-LUMO 图输出 4.3 布居数分析、偶极矩等 4.4 电子密度、静电势计算及绘制(ESP) |
Gaussian 进阶操作及实际计算过程 |
5、Gaussian进阶操作I:——势能面相关 5.1 势能面扫描 5.2 过渡态搜索(TS和QTS) 5.3 反应路径IRC等 5.4 反应能垒 5.5 反应热力学数据获得:熵,焓,内能,零点能,吉布斯自由能的计算 6、Gaussian进阶操作II:——各类光谱计算及绘制 6.1 紫外光谱(吸收和荧光发射) 6.2 红外光谱 6.3 拉曼光谱 6.4 NMR计算 6.5 垂直电离能及垂直电子亲和能 7、Gaussian进阶操作III:——激发态专题 7.1 垂直激发能与绝热激发能 7.2 振子强度、 7.3 激发态势能面 7.4 激发态计算方法讨论 8、Gaussian进阶操作IV:——高精度和多尺度计算方法 8.1 CASSCF方法及使用 8.2 ONIOM方法及使用 8.3 溶剂模型、背景电荷与ONIOM方法的比较 |
Gaussian 计算专题与实践应用(模拟文献) |
9、Gaussian计算专题I——Gaussian常见报错及处理方法 9.1 如何查看报错及常见报错 9.2 SCF不收敛 9.3 几何优化不收敛(势能面扫描不收敛) 9.4 消除虚频等 10、Gaussian计算专题II——流行密度泛函特点及选择 10.1 B3LYP的优缺点 10.2 PBE,CAM-B3LYP、wB97XD、M06-2X等特点及选择 11、Gaussian计算专题III——聚集诱导荧光(AIE)和激发态分子内质子转移(ESIPT) 11.1 晶体结构及分子建模 11.2 QM/MM与ONIOM计算 11.3 重整化能,圆锥交叉及质子转移 (文献:Dyes and Pigments Volume 204, August 2022, 110396 ) 12、Gaussian计算专题IV——热激活延迟荧光(TADF) 12.1 看懂分子内能量转移Jablonski图 12.2 TADF与各类激发能 12.3 辐射速率、非辐射速率、(反)系间穿越等 12.4 评估荧光效率 (文献:ACS Materials Lett. 2022, 4, 3, 487–496 ) 其他相关软件介绍,如VMD、MS、VASP、Gromacs等 |
久等了!LAMMPS + Gaussian王炸专题来咯
联系V:gyflx999
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