計算機分子模擬技術(shù)精選(九篇)

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第1篇：計算機分子模擬技術(shù)范文

本書是一部教讀者實際操作原子的計算機模擬的實用教材，旨在使讀者理解、設(shè)計、運行并分析他們自己的原子的計算機模擬結(jié)果。本書作者們在指導(dǎo)學(xué)生從事原子計算機模擬研究以及教學(xué)活動時產(chǎn)生了自己動手寫一本教材的打算，期望以此為讀者提供設(shè)計和執(zhí)行任何包括原子模擬研究計劃所需要的實用知識，一部展示計算機模擬的最佳實踐范例和實用指南。

作者們把全書內(nèi)容分成5個部分。第1部分涵蓋了為理解原子計算機模擬所需要的大學(xué)高年級水平的基本物理和化學(xué)知識以及原子模擬技術(shù)的基本概念，含第1-4章：1. 原子，分子和晶體；2. 化學(xué)鍵；3. 化學(xué)反應(yīng)；4. 究竟計算什么？。第2部分描述原子模擬的基本技術(shù)，含第5-6章：5. 總能量最小化；6. 分子動力學(xué)和蒙特卡羅。第3部分描述分子力學(xué)和電子結(jié)構(gòu)技術(shù)理論，這一部分技術(shù)性比較強，具有足夠的深度使讀者能夠理解如何做模擬以及不同方法中的近似是什么，含第7-9章：7. 計算能量和力；8. 電子結(jié)構(gòu)方法； 9. 詳細(xì)介紹密度泛函理論。第4部分強調(diào)了設(shè)計一個實際做模擬的計劃，包括如何選擇原子的合適坐標(biāo)，以及如何仔細(xì)地規(guī)定和檢驗特殊的模擬，含第10-13章：10. 項目計劃；11. 坐標(biāo)和模擬單元；12. 基本要點；13. 試驗。第5部分詳細(xì)分析了如何取出一個模擬代碼生成的數(shù)據(jù)以及如何產(chǎn)生有價值的數(shù)據(jù)，含第14-18章：14. 查看輸出文件；15. 利用所有的數(shù)據(jù)做些什么？16. 可視化；17. 電子結(jié)構(gòu)分析；18. 與實驗比較。書末給出了兩個附錄：A.UNIX；B. 科學(xué)計算，補充介紹了一些課文中用到的具體程序問題。

讀者在閱讀時應(yīng)該至少要利用一個具體的原子計算機模擬代碼，實際動手去做實驗，分析所得的結(jié)果，評估結(jié)果是否正確，發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，從結(jié)果中提取相關(guān)信息。作者為本書提供一個網(wǎng)頁：http：///。在那里作者們寫了一些博客，討論當(dāng)前感興趣的一些最新的文章以及一些練習(xí)。而且內(nèi)容不斷更新。對于從事原子計算機模擬的研究人員和學(xué)習(xí)相關(guān)課程的研究生本書有很好的參考價值。

第2篇：計算機分子模擬技術(shù)范文

論文關(guān)鍵詞：計算機輔助藥物設(shè)計；現(xiàn)代教育技術(shù)；教學(xué)改革

計算機輔助藥物設(shè)計(computeraideddrugdesign，cadd)是藥物化學(xué)學(xué)科的一個分支，該項技術(shù)的高速發(fā)展和廣泛應(yīng)用使其成為藥學(xué)科研工作者必須掌握的技術(shù)之一。計算機輔助藥物設(shè)計課程是藥物化學(xué)的系列課程之一，其特點是專業(yè)性強，所涉及的內(nèi)容、方法及應(yīng)用軟件更新很快；課程內(nèi)容多涉及生物大分子和有機小分子的三維結(jié)構(gòu)，如何將內(nèi)容生動、形象地呈現(xiàn)給學(xué)生是教學(xué)過程中需要解決的問題。為充分調(diào)動學(xué)生主觀能動性，提高學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，筆者在cadd課程教學(xué)過程中引人多種現(xiàn)代教育技術(shù)和教學(xué)方法，不斷推進cadd課程教學(xué)的革新。

本文主要對作者在計算機輔助藥物設(shè)計課程教學(xué)中綜合應(yīng)用多媒體、分子模擬軟件、錄屏軟件、dvd視頻等現(xiàn)代教育技術(shù)的經(jīng)驗進行介紹，并對在cadd教學(xué)過程中推行改革的幾點體會進行總結(jié)。

一、計算機輔助藥物設(shè)計課程教學(xué)改革探索

1．多種現(xiàn)代化教育技術(shù)手段的應(yīng)用

筆者所在的藥學(xué)院自2001年在本科生及本碩連讀長學(xué)制學(xué)生中開設(shè)cadd課程，其教學(xué)模式的發(fā)展如其他課程一樣，經(jīng)歷了從傳統(tǒng)到現(xiàn)代的過程。課程早期采用“粉筆加掛圖”教學(xué)模式，以傳統(tǒng)的黑板板書為主，復(fù)雜的內(nèi)容用掛圖表達。后來有了幻燈機，部分分子圖形可以用幻燈機放映，使學(xué)生對分子圖形有了相對形象的了解。到上世紀(jì)9o年代后期，隨著計算機microsoftofifcepowerpoint軟件在教學(xué)過程中被普遍使用，cadd課程教學(xué)模式進入了計算機多媒體時代。授課時，教師可以方便地將課件內(nèi)容顯示在教室的大屏幕上予以講解。其優(yōu)勢是一些分子圖形的內(nèi)容可以比較形象的表達，但缺點在于圖片依然是“死”的形式，不能顯示生物大分子和藥物小分子相互作用的動態(tài)過程，不足以形象地體現(xiàn)出計算機輔助藥物設(shè)計的特點。為了解決這個問題，并充分挖掘現(xiàn)代教育技術(shù)的潛能，筆者在cadd課程教學(xué)中對教學(xué)方法進行了改革。

現(xiàn)代教育技術(shù)除常用的計算機、多媒體和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，還包括攝像機、dvd／vcd機以及其他av(音頻和視頻的總稱)設(shè)備等。筆者在課堂教學(xué)過程中，不斷摸索將現(xiàn)代教育技術(shù)恰到好處地應(yīng)用于計算機輔助藥物設(shè)計課程的方法，促使新技術(shù)的引入起到激發(fā)學(xué)生興趣、提高教學(xué)效果的作用。筆者挖掘現(xiàn)代教育技術(shù)潛能具體的做法包括以下幾個方面：

(1)應(yīng)用pymol軟件圖形化地表達分子動態(tài)過程

pymol是一個用于顯示和分析分子三維結(jié)構(gòu)的程序，由warrenlyforddelano編寫，并被delanoscientificllc軟件公司商業(yè)化。應(yīng)用這個軟件，可以向?qū)W生演示構(gòu)建小分子的三維結(jié)構(gòu)以及用球棍、飄帶等多種方式顯示分子三維結(jié)構(gòu)的方法。另外pymol還可以對蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)進行編輯和修改，研究蛋白質(zhì)和小分子相互作用的過程，并以三維圖形的形式顯示分子相互作用的動態(tài)過程，使原本抽象的教學(xué)內(nèi)容能夠很直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。筆者在課程的各個章節(jié)中均穿插使用pymol軟件對分子三維結(jié)構(gòu)進行模擬，圖像色彩鮮艷，結(jié)構(gòu)形象生動。由于大部分學(xué)生是第一次接觸分子模擬軟件，對此種豐富生動的圖形有很強的新奇感，激發(fā)了學(xué)生對課程的強大興趣。因此pymol軟件的引入，在整個教學(xué)過程中起到了變化教學(xué)刺激、維持學(xué)生注意力的良好效果。

(2)充分利用網(wǎng)絡(luò)資源

在網(wǎng)絡(luò)尚不發(fā)達的年代，cadd課程內(nèi)容有一定的局限性——只能以介紹理論為主，相對抽象和枯燥，不利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和解決問題的能力。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)資源的不斷豐富，cadd課程的教學(xué)在時間和空間上都得到了很大的擴展。在課程的內(nèi)容上，筆者給學(xué)生介紹大量與計算機輔助藥物設(shè)計相關(guān)的網(wǎng)站資源，包括各種網(wǎng)頁、數(shù)據(jù)庫和計算模擬軟件；讓學(xué)生通過完成課后作業(yè)的形式利用這些資源，并自己不斷擴充課堂知識，從而把課堂教學(xué)效果延續(xù)到指導(dǎo)學(xué)生今后的工作，使學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和素質(zhì)較之以前明顯提高。后來的調(diào)查結(jié)果顯示，學(xué)生對這部分的內(nèi)容是非常感興趣的。

(3)繪聲繪影12．0軟件的應(yīng)用

計算機輔助藥物設(shè)計課是對藥學(xué)專業(yè)本碩連讀六年制學(xué)生開設(shè)的一門選修課，根據(jù)每屆學(xué)生人數(shù)不同，選修人數(shù)多則上百，少則六、七十人。由于場地和教師人員的限制，不可能讓每個學(xué)生都進人工作站進行實地操作。為了使學(xué)生對工作站的基本情況有所了解，筆者用攝像機錄制了介紹本院工作站的視頻文件，并用繪聲繪影12．0軟件加以編輯，配上片頭和音樂，自制成比較有趣的dvd視頻教學(xué)片，在課上給學(xué)生播放。學(xué)生觀看后，對工作站的方位和硬件一目了然。還有一些學(xué)生觀看后，饒有興趣地要求參加工作站的研究工作。

(4)discoverystudio2．5分子模擬軟件和camtasiasudio6．0錄屏軟件相結(jié)合的嘗試

計算機輔助藥物設(shè)計是一門實踐性很強的學(xué)科，最佳的授課模式應(yīng)該是在理論課進行的同時開設(shè)實驗課，使學(xué)生有機會到計算機輔助藥物設(shè)計工作站的實驗室里親自動手操作。但計算實驗室與普通實驗室不同，需要特殊的空間，需要大量的計算機，更需要昂貴的藥物設(shè)計軟件。受空間和經(jīng)費的限制，往往短期內(nèi)難以建成符合要求的實驗室。另外對教師而言，只有在經(jīng)過系統(tǒng)的培訓(xùn)和長期的實踐基礎(chǔ)上才有能力來帶這種特殊的實驗。如何使大量的學(xué)生能夠在教師的指導(dǎo)下到工作站進行實際操作，多年來一直是困擾大家教學(xué)的難題。為了在經(jīng)費有限的條件下解決這個問題，使整班學(xué)生都能較快了解軟件的功能及操作，筆者在多種現(xiàn)代教學(xué)方法中做了許多摸索，最終采取將discoverystudio

2．5分子模擬軟件和camtasiasudio6．0錄屏軟件的相結(jié)合使用的方法。

discoveyrstudio2．5(簡稱ds)軟件是基于win—dows／linux系統(tǒng)的分子模擬和計算軟件平臺，功能很多，可以完成大多數(shù)課堂教學(xué)的計算內(nèi)容，但是操作起來相對復(fù)雜。由于學(xué)生人數(shù)多，空間和時間都受限制，即使教師將學(xué)生分成多組，一遍遍地做演示和講解也是不現(xiàn)實的。受網(wǎng)絡(luò)教育的啟示，筆者采取用錄屏軟件將教師在pc機上操作錄制下來制成教學(xué)片的方法來進行實驗教學(xué)。筆者先后嘗試了多種錄屏軟件，最后選用功能較好、錄制效果理想的camtasiasudio6．0軟件。在專門的錄音室里，教師在自己的pc機上應(yīng)用discoveyrstudio2．5軟件演示教學(xué)內(nèi)容的操作過程，同步使用camtasiasudio6．0軟件的錄屏功能，將所有的操作步驟和講解內(nèi)容都很清晰地錄制下來。之后，再對這些錄制好視頻文件進行加工，制成一個個不同主題的實驗教學(xué)片，拿到課堂上給學(xué)生播放。這種直觀的演示，不僅大大節(jié)省了實驗室空間和時問，減少了教師不必要的重復(fù)性工作，學(xué)生容易接受和理解，學(xué)得輕松愉快。學(xué)生在后來的問卷調(diào)查中表示對這部分的內(nèi)容很感興趣，印象深刻。其效果可謂“教得輕松，學(xué)得愉快”。

在上述實踐過程中筆者深刻體會到，靈活運用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，充分挖掘其潛能，可以為教學(xué)工作提供很大便利。不但可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能幫助解決師資缺乏和實驗設(shè)備不足的問題，使教學(xué)效果明顯提高。教師通過將網(wǎng)絡(luò)、音頻、視頻等技術(shù)手段引人教學(xué)過程，把授課內(nèi)容制成包括動畫在內(nèi)的各種視聽資料，使教學(xué)內(nèi)容能夠以更加形象、更加逼真的方式傳授給學(xué)生。這種方式較之傳統(tǒng)的“板書+教科書”的授課方法更受學(xué)生的歡迎，同時，學(xué)生對授課內(nèi)容的記憶也更加深刻。

孔子說：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者”。有教育學(xué)者認(rèn)為：“在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，是激發(fā)和引起學(xué)生學(xué)習(xí)動機、學(xué)習(xí)興趣的有利手段，一旦激發(fā)起來，學(xué)生就會產(chǎn)生學(xué)習(xí)的強大內(nèi)趨力，主動去探索和學(xué)習(xí)”。教育最終目的是“授之以漁”，故對教師而言，在課堂上啟迪學(xué)生積極思維和主動學(xué)習(xí)是很重要的工作。現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用，可以直接指導(dǎo)學(xué)生在獲得知識的過程中主動觀察、思維和想象，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中分析現(xiàn)象，挖掘本質(zhì)，最終解決問題，這些過程都可以加深學(xué)生對知識的記憶?，F(xiàn)代教育技術(shù)通過對學(xué)生產(chǎn)生多種感官刺激，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使課堂的氣氛輕松愉快，有利于教學(xué)質(zhì)量的提高，有利于學(xué)生思維的發(fā)展，提高學(xué)生的素質(zhì)。

二、傳統(tǒng)教育與現(xiàn)代教育技術(shù)的有機結(jié)合

“教學(xué)的進步是要不斷地掌握眾多的教學(xué)模式和不斷地提高有效使用這些模式的能力”。筆者在進行cadd教學(xué)改革的過程中，深感必須把現(xiàn)代教育技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)手段有機地結(jié)合起來，才能獲取課堂教學(xué)的最佳效果。為此，筆者進行了三項改革。

1．及時更新教材

計算機輔助藥物設(shè)計學(xué)科具有技術(shù)發(fā)展快、內(nèi)容和軟件更新快的特點，這使得其課程存在一個突出問題，即教材的更新趕不上學(xué)科的發(fā)展。為了應(yīng)對這項挑戰(zhàn)，筆者采取年年更新教材的做法，在每年開課之前都對教材內(nèi)容進行必要的補充，為學(xué)生復(fù)印教材的補充材料。相應(yīng)地，每年也都對教學(xué)內(nèi)容進行調(diào)整，盡可能地將學(xué)科的新進展融人到教學(xué)內(nèi)容中，保證學(xué)生能在課上接觸到最新的知識。

2．改革授課方法

教學(xué)過程中，如何使學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)揮主體作用是一個重要的問題。教師在教學(xué)中應(yīng)該充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，激發(fā)學(xué)生對教學(xué)活動的參與，實現(xiàn)師生之間的互動。problem—basedlearning(pbl)教學(xué)法是目前世界流行的以問題為導(dǎo)向的教學(xué)方法，是一種以學(xué)生為中心的教育方式。實踐證明，pbl教學(xué)可以很好地調(diào)動學(xué)生積極性，但必須有多個教師才能完成對學(xué)生的引導(dǎo)和帶著問題學(xué)習(xí)的過程，同時需要學(xué)生投入很大的精力去查文獻和準(zhǔn)備討論的內(nèi)容。為此，筆者在cadd教學(xué)中借鑒pbl教學(xué)法，并對其進行改良，在每堂課都設(shè)計一些有關(guān)實際操作和藥物設(shè)計的問題，引導(dǎo)學(xué)生積極展開討論，啟發(fā)學(xué)生的思維，使學(xué)生由灌輸式的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極、主動的學(xué)習(xí)。同時教師在教學(xué)實踐中靈活、理性地利用現(xiàn)代教育技術(shù)，最大限度地調(diào)動學(xué)生的積極性，一起投人教學(xué)改革中，使教學(xué)效果獲得很大提高。

3．革新考試方法

為培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，在考核方式上筆者沒有采取傳統(tǒng)的閉卷考試的方法，而是采用了多樣靈活的形式。學(xué)生成績(百分制)由以下幾部分組成：以期末開卷考試(50％)和平時隨堂練習(xí)成績?yōu)榛A(chǔ)分?jǐn)?shù)(20％)，加上記錄出席實驗課情況的基本考勤分(20％)和平時上課積極參加課堂討論的課堂表現(xiàn)分(10％)，即為學(xué)生最終的課程得分。這樣不僅減輕了學(xué)生的負(fù)擔(dān)，而且促進學(xué)生分析問題和解決問題能力的提高，把促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)的思想貫穿在整個教學(xué)過程中，而不是僅在學(xué)期末的死記硬背，更有助于學(xué)生養(yǎng)成主動學(xué)習(xí)的習(xí)慣，有利于學(xué)生整體素質(zhì)的提高。

三、應(yīng)用現(xiàn)代教育技術(shù)要求教師再學(xué)習(xí)

目前國內(nèi)各學(xué)校普遍配備了較為現(xiàn)代化的教學(xué)設(shè)備，但擁有現(xiàn)代化的教學(xué)設(shè)備，并不代表就能夠發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)手段的優(yōu)勢。還需要廣大教師學(xué)習(xí)和研究現(xiàn)代教育理論，充分使用現(xiàn)代教育技術(shù)。“教師需要跟上當(dāng)前理論和研究的發(fā)展，并理解這些發(fā)展對課堂教學(xué)實踐的意義”。

隨著社會的發(fā)展和科學(xué)的進步，人人都面臨終生教育的問題。教師作為教育的先行者，首先要更新知識更新觀念，做現(xiàn)代教育技術(shù)的學(xué)習(xí)者、使用者和傳播者；要提高教學(xué)質(zhì)量、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，教師首先要提高學(xué)習(xí)興趣；要培養(yǎng)自身創(chuàng)新意識，在教學(xué)過程中不斷地嘗試和創(chuàng)新，充分學(xué)習(xí)和利用現(xiàn)代教育技術(shù)。為此，筆者通過多種渠道來學(xué)習(xí)和掌握現(xiàn)代教育技術(shù)。首先，積極參加學(xué)校、社會組織的各種教學(xué)技術(shù)培訓(xùn)班，緊跟同行步伐，不落伍；此外，還充分利用寒暑假等業(yè)余時間，研究開發(fā)各種軟件的使用方法，學(xué)以致用，及時地在課堂上進行應(yīng)用和演示。在學(xué)習(xí)和應(yīng)用這些技術(shù)方法的過程中，筆者體會到了無限的樂趣。

與此同時，教師又是現(xiàn)代教育技術(shù)的受益者?，F(xiàn)代教育技術(shù)為教師提供了理想的教學(xué)平臺，實現(xiàn)了教學(xué)資源的多樣化，集p文字、動畫、分子圖形、分子模擬和dvd錄像等各種表現(xiàn)形式于一體，使教學(xué)內(nèi)容更豐富和更直觀，有利于學(xué)生對知識的獲取和記憶，使教學(xué)內(nèi)容變得具體生動，使過去難以表達到的內(nèi)容輕而易舉的展現(xiàn)?，F(xiàn)代教育技術(shù)的出現(xiàn)，為教師施展才華提供了新的契機。教師把新技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)和課堂組織時，會感到非常自信和方便。如果不把握住這一機遇，就會成為時代的落伍者引。

四、現(xiàn)代教育技術(shù)應(yīng)用效果的評價

為了聽取學(xué)生的建議，更好地推進cadd課程教學(xué)改革，筆者在2009年選修cadd課程的學(xué)生中展開了問卷調(diào)查。當(dāng)年選課學(xué)生為60名，有56人參加答卷。其中與本文內(nèi)容相關(guān)的統(tǒng)計和分析結(jié)果如下：

1．學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

對于選修cadd課程的目的，有13人(23．2％)是因為學(xué)科內(nèi)容與學(xué)生的研究課題有關(guān)，或希望畢業(yè)后往這個方向發(fā)展；而多達36人(64．3％)則只是感興趣，為了多學(xué)一些與藥學(xué)有關(guān)的知識。說明學(xué)習(xí)興趣是促使學(xué)生主動學(xué)習(xí)的重要因素。

2．現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)幫助學(xué)生達到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果

對于是否達到預(yù)期學(xué)習(xí)效果，共45人(80．3％)認(rèn)為完全達到和基本達到，認(rèn)為說不清的10人(17．9％)。學(xué)習(xí)效果受到學(xué)生的肯定。

3．對計算機輔助藥物設(shè)計實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的建議

有44人(78．6％)希望開設(shè)真正的實驗課，學(xué)生自己上機實際操作；5人(8．9％)不希望開實驗課，但希望到工作站現(xiàn)場去看教師演示；18人(32．1％)建議再錄制一些其他實驗方法內(nèi)容，增加模擬實驗課的學(xué)時，減少理論課的學(xué)時；沒有一個學(xué)生贊成只講理論課，取消實驗課環(huán)節(jié)。上述數(shù)據(jù)說明大多數(shù)的學(xué)生還是希望培養(yǎng)自己的動手實踐能力，以適應(yīng)今后的社會發(fā)展的要求。

4．對整個教學(xué)過程感興趣的環(huán)節(jié)

第3篇：計算機分子模擬技術(shù)范文

化工設(shè)計在化工生產(chǎn)中占據(jù)極其重要的位置，是化工企業(yè)的立足之本。伴隨計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，它在化工設(shè)計中的應(yīng)用由最初的局部輔助發(fā)展到如今的全面輔助，在化工設(shè)計中扮演著越來越重要的角色。借助于計算機技術(shù)，人們不光能夠進行繪圖、工藝路線設(shè)計、設(shè)備計算等工作，還能完成對環(huán)境、經(jīng)濟和社會效益的評估，因而化工設(shè)計又是一項系統(tǒng)工程。當(dāng)前化工設(shè)計中通過使用圖形軟件AutoCAD系統(tǒng)，可以代替圖板和計算器并依照相應(yīng)制圖標(biāo)準(zhǔn)來完成化工機器圖、化工設(shè)備圖、工藝流程圖等的繪制。傳統(tǒng)的紙質(zhì)圖紙設(shè)計存在改動麻煩且只能進行二維空間上的繪畫的不足，利用計算機輔助制圖(CAD)就能有效彌補這方面的缺陷。不僅能夠方便快捷的繪圖和編輯與修改，顯著提高設(shè)計質(zhì)量；而且將圖紙拓展至三維空間，減低遺漏、片面等繪圖錯誤，縮短設(shè)計周期，加快工程建設(shè)進度，最終節(jié)省工程投資，節(jié)約成本?？梢哉f利用計算機的輔助計算是專業(yè)化工設(shè)計人員必備的一項基本技能，他能保質(zhì)、保量的完成化工生產(chǎn)中的化工設(shè)計。

2計算機技術(shù)在化工模擬設(shè)計中的應(yīng)用

化工模擬設(shè)計的主要工作內(nèi)容是通過數(shù)學(xué)模型將一個以許多單元過程所組成的化工流程準(zhǔn)確表現(xiàn)出來，應(yīng)用化工模擬設(shè)計能顯著提高化工設(shè)計的品質(zhì)與效率。在實際的化工生產(chǎn)中，化學(xué)實驗和化學(xué)反應(yīng)測試非常重要，但由于存在一定程度上的不可預(yù)知性，需要我們逐一的去嘗試，將會消耗巨大的人力、物力與時間，不利于化工生產(chǎn)的進行。而化工過程涉及到的模擬包含結(jié)構(gòu)分子模擬或微觀過程以及研究宏觀過程的流程模擬，根據(jù)反應(yīng)物的性質(zhì)，矯正副反應(yīng)系數(shù)，通過化工模擬設(shè)計準(zhǔn)確且快速的預(yù)測化學(xué)分析條件，能在節(jié)約時間的同時大幅提高生產(chǎn)效率，為企業(yè)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。如今Aspenplus和ProII等不但能夠進行物料與熱量衡算，還可以進行單元過程計算與設(shè)計方案的優(yōu)選或優(yōu)化，在制藥、石油煉化、化學(xué)工程等過程設(shè)計領(lǐng)域中獲得廣泛應(yīng)用。常見的化工工程流模擬圖如圖1所示。伴隨計算機技術(shù)的快速發(fā)展，設(shè)計、控制并優(yōu)化現(xiàn)有的化工工藝過程，是當(dāng)前化工企業(yè)需解決的重點。而作為過程開發(fā)、工業(yè)設(shè)計及生產(chǎn)優(yōu)化控制的有力工具，化工流程模擬與優(yōu)化技術(shù)在生產(chǎn)設(shè)備的參數(shù)優(yōu)化及增產(chǎn)降耗上發(fā)揮了巨大的作用。

3計算機仿真技術(shù)在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用

計算機仿真是一門為系統(tǒng)分析、綜合、研究、設(shè)計和對專業(yè)人員的培訓(xùn)提供一種先進技術(shù)手段的綜合性技術(shù)學(xué)科，在化工領(lǐng)域中占據(jù)了日益重要的地位。通過化工仿真，能夠形象的將化工生產(chǎn)中流程中設(shè)計的閥門、管道、調(diào)節(jié)器、分析儀器等等化工設(shè)備更為逼真的再現(xiàn)，讓化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域的工作者們更好的進行模擬與仿真，從而使設(shè)計的化工生產(chǎn)系統(tǒng)更好的為化工行業(yè)服務(wù)。將計算機技術(shù)與化學(xué)工業(yè)相結(jié)合，在化工生產(chǎn)前進行動態(tài)仿真模擬，為實際化工生產(chǎn)進行操作優(yōu)化和技術(shù)改造提供了有力依據(jù)。

4結(jié)束語

第4篇：計算機分子模擬技術(shù)范文

    一、近似計算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用

    在電子技術(shù)中應(yīng)運中,近似計算貫穿其始終。然而,沒有近似計算是不可想象的。而精確計算在電子技術(shù)中往往行不通,也沒有其必要。盡管近似計算會引入一定的誤差,但這個誤差控制得好,不會對分析其它電路產(chǎn)生大的影響。所以關(guān)鍵在于我們?nèi)绾握莆?特別是如何應(yīng)用近似計算。

    在工作點穩(wěn)定電路中的應(yīng)用要進行靜態(tài)分析,就必須求出三極管的基電壓,必須忽略三極管靜態(tài)基極電流。這樣,我們得到三極管的基射電子的相關(guān)過程及結(jié)論。

    二、納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題

    由于納米器件的特征尺寸處于納米量級,因此,其機理和現(xiàn)有的電子元件截然不同,理論方面有許多量子現(xiàn)象和相關(guān)問題需要解決,如電子在勢阱中的隧穿過程、非彈性散射效應(yīng)機理等。盡管如此,納米電子學(xué)中急需解決的關(guān)鍵問題主要還在于納米電子器件與納米電子電路相關(guān)的納米電子技術(shù)方面,其主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

    (1)納米Si基量子異質(zhì)結(jié)加工

    要繼續(xù)把現(xiàn)有的硅基電子器件縮小到納米尺度,最直截了當(dāng)?shù)姆椒ㄊ遣捎猛庋?、光刻等技術(shù)制造新一代的類似層狀蛋糕的納米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。其中,不同層通常是由不同勢能的半導(dǎo)體材料制成的,構(gòu)建成納米尺度的量子勢阱,這種結(jié)構(gòu)稱作“半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)”。

    (2)分子晶體管和導(dǎo)線組裝納米器件即使知道如何制造分子晶體管和分子導(dǎo)線,但把這些元件組裝成一個可以運轉(zhuǎn)的邏輯結(jié)構(gòu)仍是一個非常棘手的難題。一種可能的途徑是利用掃描隧道顯微鏡把分子元件排列在一個平面上;另一種組裝較大電子器件的可能途徑是通過陣列的自組裝。盡管,Purdue University等研究機構(gòu)在這個方向上取得了可喜的進展,但該技術(shù)何時能夠走出實驗室進入實用,仍無法斷言。

    (3)超高密度量子效應(yīng)存儲器

    超高密度存儲量子效應(yīng)的電子“芯片”是未來納米計算機的主要部件,它可以為具備快速存取能力但沒有可動機械部件的計算機信息系統(tǒng)提供海量存儲手段。但是,有了制造納米電子邏輯器件的能力后,如何用這種器件組裝成超高密度存儲的量子效應(yīng)存儲器陣列或芯片同樣給納米電子學(xué)研究者提出了新的挑戰(zhàn)。

    (4)納米計算機的“互連問題”

    一臺由數(shù)萬億的納米電子元件以前所未有的密集度組裝成納米計算機注定需要巧妙的結(jié)構(gòu)及合理整體布局,而整體結(jié)構(gòu)問題中首當(dāng)其沖需要解決的就是所謂的“互連問題”。換句話說,就是計算結(jié)構(gòu)中信息的輸入、輸出問題。納米計算機要把海量信息存儲在一個很小的空間內(nèi),并極快地使用和產(chǎn)生信息,需要有特殊的結(jié)構(gòu)來控制和協(xié)調(diào)計算機的諸多元件,而納米計算元件之間、計算元件與外部環(huán)境之間需要有大量的連接。就現(xiàn)有傳統(tǒng)計算機設(shè)計的微型化而言,由于電線之間要相互隔開以避免過熱或“串線”,這樣就有一些幾何學(xué)上的考慮和限制,連接的數(shù)量不可能無限制地增加。因此,納米計算機導(dǎo)線間的量子隧穿效應(yīng)和導(dǎo)線與納米電子器件之間的“連接”問題急需解決。

    (5)納米 / 分子電子器件制備、操縱、設(shè)計、性能分析模擬環(huán)境

    當(dāng)前,分子力學(xué)、量子力學(xué)、多尺度計算、計算機并行技術(shù)、計算機圖形學(xué)已取得快速發(fā)展,利用這些技術(shù)建立一個能夠完成納米電子器件制備、操縱、設(shè)計與性能分析的模擬虛擬環(huán)境,并使納米技術(shù)研究人員獲得虛擬的體驗已成為可能。但由于現(xiàn)有計算機的速度、分子力學(xué)與量子力學(xué)算法的效率等問題,目前建立這種迅速、敏感、精細(xì)的量子模擬虛擬環(huán)境還存在巨大困難。

    三、交互式電子技術(shù)手冊

    交互式電子技術(shù)手冊經(jīng)歷了5個發(fā)展階段,根據(jù)美國國防部的定義:加注索引的掃描頁圖、滾動文檔式電子技術(shù)手冊、線性結(jié)構(gòu)電子技術(shù)手冊、基于數(shù)據(jù)庫的電子技術(shù)手冊和集成電子技術(shù)手冊。目前真正意義上的集成了人工智能、故障診斷的第5類集成電子技術(shù)手冊并不存在,大多數(shù)電子技術(shù)手冊基本上位于第4類及其以下的水平。需要聲明的是,各類電子技術(shù)手冊雖然代表不同的發(fā)展階段,但是各有優(yōu)點,較低級別的電子技術(shù)手冊目前仍然有著各自的應(yīng)用價值。由于類以上的電子技術(shù)手冊在信息的組織、管理、傳遞、獲取方面具有明顯的優(yōu)點。

    簡單的說,電子技術(shù)手冊就是技術(shù)手冊的數(shù)字化。為了獲取信息的方便,數(shù)字化后的數(shù)據(jù)需要一個良好的組織管理和提供給用戶的形式,電子技術(shù)手冊的發(fā)展就是圍繞這一過程來進行的。

    四、電子技術(shù)在時間與頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用

    時間和頻率是描述同一周期現(xiàn)象的兩個參數(shù),可由時間標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出頻率標(biāo)準(zhǔn),兩者可共用的一個基準(zhǔn)。

第5篇：計算機分子模擬技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：科學(xué)教學(xué)；多媒體；反思

新課標(biāo)著重于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力、創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，教會學(xué)生自主學(xué)習(xí)。新一輪課程改革把轉(zhuǎn)變學(xué)生學(xué)習(xí)方式作為重要的內(nèi)容與標(biāo)志，在具體的教學(xué)中，必然會帶來從教學(xué)目標(biāo)和技能到過程和方法的全面變革。教學(xué)方法使教學(xué)的重點由單純的傳授知識技能、技巧轉(zhuǎn)向開發(fā)學(xué)生的智力，培養(yǎng)學(xué)生的能力，提倡高效課堂。而CAI的特點是直觀、生動、形象，能使抽象的教學(xué)內(nèi)容形象化、具體化，本質(zhì)化，幫助學(xué)生理解，有利于學(xué)生的生成。隨著多媒體技術(shù)在課堂上的不斷運用，優(yōu)化了教學(xué)結(jié)構(gòu)，為新課標(biāo)的實施提供了一個理想平臺，并且隨著計算機輔助教學(xué)手段不斷開發(fā)和在教學(xué)實踐中的深入應(yīng)用，使課堂煥發(fā)出前所未有的生命力。

一、多媒體輔助科學(xué)教學(xué)的優(yōu)勢所在

1.有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

俗話說，興趣是最好的老師。有了興趣，學(xué)習(xí)才有自覺性，才有動力，才能心情愉快地去完成學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標(biāo)之一就是要對科學(xué)有好奇心，不滿足現(xiàn)有知識，有強烈的求知欲，能積極主動地思考問題。如在學(xué)習(xí)原子的核式結(jié)構(gòu)時，由于內(nèi)容比較抽象，學(xué)習(xí)難度較大，若采用傳統(tǒng)講授法，又是滿堂灌，教師不斷地解釋，學(xué)生被動地聽，學(xué)習(xí)氣氛枯燥乏味，勢必降低學(xué)生的興趣，影響教學(xué)效果，但現(xiàn)在運用電教手段，教學(xué)就直觀、生動多了，課件就是一幅生動精美的動畫片，把原子的微觀結(jié)構(gòu)、原子核的微觀構(gòu)成、電子在核外的繞核高速運動動態(tài)地展示出來了，漂亮的界面牢牢地吸引了學(xué)生，學(xué)生個個都睜大好奇的眼睛，看得目瞪口呆，這種微觀世界的美深深地震撼著學(xué)生，就如當(dāng)初深深地震撼著我們教師一樣，使學(xué)生興趣盎然，印象深刻，很好地幫學(xué)生克服了學(xué)習(xí)上的困難。CAI的這種功能和效果是任何教師口頭上的說教和圖片無法達到的。正是由于CAI具有圖、文、聲、像并茂這樣的特點，所以，它能為學(xué)生搭建一個形象化的、動態(tài)的教學(xué)平臺，提供理想的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生從中獲得知識。多媒體的使用使課堂教學(xué)變得更加豐富多彩、生動活潑，也使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有了新鮮感和輕松感，能在愉悅的心境中去理解和掌握知識內(nèi)容，體驗了學(xué)習(xí)科學(xué)的樂趣，使教學(xué)的科學(xué)性和藝術(shù)性得到統(tǒng)一，從而激發(fā)了學(xué)生的求知欲和濃厚的學(xué)習(xí)興趣，增強了科學(xué)課的凝聚力和吸引力，促使學(xué)生積極主動地學(xué)習(xí)。

2.有利于突破教學(xué)難點

學(xué)生認(rèn)識事物的特點是：從具體的形象思維向抽象邏輯思維過渡，但思維還與感性知識直接相聯(lián)系，仍需具體的形象來支持。而CAI教學(xué)可以靠著生動的畫面、靠著對要強調(diào)的內(nèi)容的閃爍、靠著對關(guān)鍵部位的放大及它的強大的二維和三維的圖像處理和動畫模擬創(chuàng)造出良好的思維情景。利用這一特點可以化抽象為形象，化靜態(tài)為動態(tài)，將微觀過程宏觀化，化枯燥為生動，打破學(xué)生學(xué)習(xí)上的障礙，有助于突破教學(xué)難點。例如，初二科學(xué)的第一章《物質(zhì)與微觀粒子模型》是學(xué)生剛接觸到的微觀理論部分，分子作為微觀粒子，看不見、摸不著，單靠教師講解學(xué)生很難接受，而以往的表格、掛圖和模型都不能把分子動態(tài)地表示出來，但這部分制成多媒體課件后，把氧分子演繹成 分子模型，把二氧化碳分子演繹成 分子模型，把一氧化碳分子演繹成 分子模型，并且把微觀粒子運動的表象，把物質(zhì)的構(gòu)成微粒、分子與原子的關(guān)系、分子在溫度改變條件下運動速度的改變、分子間的距離受溫度和壓強的影響及物理變化和化學(xué)變化中分子的種類是否改變、化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)全部動態(tài)地演繹出來，揭示出化學(xué)過程的微觀實質(zhì)，展示了科學(xué)思維的形成途徑，描述了科學(xué)思想的產(chǎn)生，科學(xué)概念的形成和發(fā)展等，把抽象思維變成形象思維，降低了學(xué)習(xí)的難度，為學(xué)生最大限度地掃除了學(xué)習(xí)上的困難，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中有了更直觀的感受，加深了學(xué)生對知識的理解，達到對知識的內(nèi)化，在課堂上得到了高質(zhì)量的生成，提高了他們思維的品質(zhì)，取得了良好的教學(xué)效果。

下圖是氧分子在不同壓強下分子間的距離變化情況展示：

化學(xué)變化中分子種類改變（即生成了新分子）演繹：C+O2 CO2

又如，在水的組成測定中計算機把大量水分子在通電條件下分裂成氫原子和氧原子，然后在不同的電極上形成氫分子和氧分子的微觀過程清晰地展示出來，突破了教學(xué)難點，使學(xué)生在學(xué)習(xí)中有了更直觀的感受，開發(fā)了學(xué)生的智力，培養(yǎng)了能力。教師通過計算機教懂、教準(zhǔn)、教活、教精，又使學(xué)生樂學(xué)、勤學(xué)、善學(xué)、活學(xué)。

第6篇：計算機分子模擬技術(shù)范文

1．化工工程設(shè)計實質(zhì)

對化工工程設(shè)計而言，從由分子結(jié)構(gòu)出發(fā)預(yù)測物質(zhì)的物性到工藝過程的設(shè)計、分析直至繪圖，均可由計算機軟件完成，可用三個詞簡單地概括計算機軟件在化工工程設(shè)計的作用：模擬、計算和繪圖。化1二過程所涉到的模擬包括微觀過程或結(jié)構(gòu)分子模擬到研究宏觀過程的流程模擬。繪圖是計算機科學(xué)的一個重要分支，在丁程設(shè)計中用計算機軟件繪圖通常為計算機輔助設(shè)計的簡稱?；?：程設(shè)計是一個系統(tǒng)工程，除了工藝路線設(shè)計、設(shè)備計算、繪圖等以外，還有環(huán)境評估，經(jīng)濟效益、社會效益的分析等大量的工作，這些都可以借助于計算機軟件來完成。

2．化工工程設(shè)計的特點

化工工程設(shè)計是化工設(shè)計的核心，它決定著整個設(shè)計的概貌，起著組織和協(xié)調(diào)非工程設(shè)計的主導(dǎo)作用。而工程計算又是化工工程設(shè)計的前提和必要條件，化工工程計算即根據(jù)既定的設(shè)計要求進行物料、能量衡算，進一步確定設(shè)備的E藝尺寸、原材料的消耗及其它T藝管道的設(shè)計計算等?；すこ逃嬎愦嬖谥韵聨讉€突出的特點：

1)計算公式多且復(fù)雜，大部分為非線性、多變量，設(shè)計計算量大；

2)許多設(shè)計參數(shù)的查詢范圍較大，影響計算結(jié)果的合理性和可靠性；

3)一藝工程設(shè)計需要許多設(shè)計方案反復(fù)比較，進行調(diào)優(yōu)。采用傳統(tǒng)的設(shè)計方案已經(jīng)難于實現(xiàn)1=程的高效率、低成本等多方而的最優(yōu)化過程，因此使計算機在化工工程設(shè)計中的應(yīng)用變得越來越重要。

3．化工工程設(shè)計中應(yīng)用的重要軟件

3．1繪圖和辦公軟倬

在設(shè)計單位普遍使用微機的同時，設(shè)計人員較自然地轉(zhuǎn)向采用~HAutoCAD等通用繪圖軟件~IWoM、Excel等辦公軟件來完成繪制工程圖的設(shè)計工作，編制設(shè)計文件和各種表格。這些軟件主要有：化工自控計算機輔助設(shè)計軟件、石油化工自控計算機輔助設(shè)計軟件、化工設(shè)備CAD施工圖軟件、熱工專業(yè)計算機輔助設(shè)計軟件、總圖運輸專業(yè)繪圖軟件、化工機械化運輸計算機輔助設(shè)計軟件、建筑工程設(shè)計軟件等等。當(dāng)這些專業(yè)設(shè)計軟件包在各專業(yè)的設(shè)計工作中較普遍地得到應(yīng)用時，化工工程設(shè)計工作也就初步從人工設(shè)計轉(zhuǎn)向計算機軟件輔助設(shè)計。

3．2大型化工裝置管道設(shè)計軟件

大型裝置往往有設(shè)備數(shù)百臺，管道成千上萬條，管子和管件材料可達數(shù)萬乃至數(shù)十萬件。這些管道的設(shè)計、材料采購、車間預(yù)制和現(xiàn)場安裝都要靠計算機輔助設(shè)計繪制出準(zhǔn)確的管段側(cè)圖和完備的管道材料表。

3．3三維CAD技術(shù)

上世紀(jì)80年代中期引進的CALMA公司CAD系統(tǒng)，配有10臺APOLLO工作站。設(shè)計時在工作站上構(gòu)造裝置的三維模型以便研究設(shè)備布置和管道敷設(shè)。CAD建模和修改方便，坐標(biāo)尺寸也精確。在結(jié)構(gòu)、設(shè)備和管道等模型建成后，便得到裝置的三維模型，由此可任意抽取二維平、剖面圖。CALMA軟件的基本功能很好，但工程實用的經(jīng)驗還不多。目前主要使用PDMS(CADCENTER的)和PDS(INTERGRAPH的)三維CAD軟件，它們也都是目前國際上多數(shù)主要工程公司普遍采用的，技術(shù)成熟可靠，功能較強，且在持續(xù)發(fā)展和提供服務(wù)。功能較強的三維CAD軟件還具有硬、軟碰撞檢查功能。在完成j維模型設(shè)計后，可以運行REVIEW模塊來檢查模型元件在坐標(biāo)空間中的物理碰撞，還可以檢查物理模型與操作維護通道之間的干擾情況；設(shè)計人員可以根據(jù)檢查結(jié)果先期對三維模型加以修改。這樣就可以保證設(shè)計質(zhì)量，避免以后可能發(fā)生的施工修改和運行維護時碰到問題。

4．加大化工工程設(shè)計中計算機軟件應(yīng)用

4．1軟件的開發(fā)與購買

根據(jù)國內(nèi)化工工程行業(yè)計算機的發(fā)展?fàn)顩r，各單位應(yīng)對軟件技術(shù)采取購買和開發(fā)并舉的方針，以目前狀況來看，計算機系統(tǒng)支撐軟件和部分通用的應(yīng)用軟件應(yīng)主要采取購買的方針，部計算機技術(shù)中心站組織好上述軟件的來源，并做好統(tǒng)一、協(xié)調(diào)、服務(wù)工作，各單位在統(tǒng)一的支撐軟件和通用軟件的基礎(chǔ)上結(jié)合各自的情況開發(fā)各自的應(yīng)用軟件和工程數(shù)據(jù)庫。

4．2提高軟件在化工工程設(shè)計中的實用性

提高軟件在化公工程設(shè)計中的實用性，是軟件有效性應(yīng)用的最終目標(biāo)。在開發(fā)軟件過程中，要不斷探索和發(fā)現(xiàn)化工程設(shè)計中存在的軟件技術(shù)弱點，針對技術(shù)上的弱點進行軟件設(shè)計，從而增加軟件對化程的應(yīng)用效果。

4．3形成專業(yè)化軟件開發(fā)中心

第7篇：計算機分子模擬技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：樹枝狀分子 計算機模擬 相關(guān)體系 相互作用

中圖分類號：O469 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）004-018-03

1 引言

軟凝聚態(tài)物理是用物理學(xué)方法和手段研究自然界中的復(fù)雜流體物質(zhì)。軟物質(zhì)物理是物理學(xué)與化學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)的天然橋梁，是認(rèn)識生命體系相關(guān)問題的基礎(chǔ)，已成為21世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的一個重要研究方向。高分子復(fù)雜流體是典型的軟物質(zhì)體系，具有軟物質(zhì)的許多共同特征，如：多自由度、對環(huán)境響應(yīng)強、在結(jié)構(gòu)形成中熵效應(yīng)和動力學(xué)效應(yīng)顯著等。樹枝形大分子是20世紀(jì)末期出現(xiàn)的具有樹枝狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一類高分子。

由于其具有大量表面的官能團、分子結(jié)構(gòu)的精確、相對疏水的內(nèi)部空腔、尺寸具有可控性、良好的溶解性以及表面的可修飾性等內(nèi)在性質(zhì) ，它們已經(jīng)被成功的運用到工業(yè)、生物醫(yī)藥業(yè)、材料等領(lǐng)域。近些年來，隨著合成和表面修飾技術(shù)的發(fā)展，為了能夠使樹枝狀分子在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，人們嘗試著一些的方法來優(yōu)化它的功能。研究者們利用動態(tài)光散射（DLS）、核磁共振（NMR）、熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）等實驗手段研究樹狀大分子的結(jié)構(gòu)、動力學(xué)信息和它們在界面處的行為。

然而，有的時候，實驗的手段很難觀察到樹狀分子內(nèi)部的具體三維結(jié)構(gòu)，同時在分子層次上，解釋有關(guān)體系的微觀機制上有一定的局限性。在實驗無法完成的條件下，計算機模擬能夠有效地解決一些微觀機制。例如，在模擬的工作中，通過熵和能量的競爭很容易理解電中性易彎曲的樹狀分子是擁有內(nèi)緊外松的結(jié)構(gòu)。并且，樹狀分子的回旋半徑Rg與N成比例，其中N是樹枝狀分子的代數(shù)。本文著重總結(jié)了近些年來帶電樹枝狀分子在界面處樹枝狀分子的行為的理論模擬。我們將從計算機模擬方面，評述樹枝形大分子及其有關(guān)體系的研究進展。

2在界面處的樹枝狀分子

樹枝狀分子在材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)上有著廣泛的應(yīng)用。研究樹枝狀分子在界面處的行為對理解它的物理化學(xué)性質(zhì)有著重要的影響。最近的研究顯著突出樹枝形大分子作為功能表面及界面材料，在細(xì)胞膜，微電子學(xué)或在化學(xué)藥品和生物傳感的應(yīng)用。下面將要回顧近期樹枝形大分子在界面及它們對界面影響的行為。

2.1 全原子模型

Macke等人利用全原子的動力學(xué)方法研究電中性和末端帶電的G2～G5的樹枝狀分子在隱性溶劑下與一個帶負(fù)電的二維六邊形的珠子間的相互作用。他們發(fā)現(xiàn)樹枝狀分子與這個界面相互作用時，都會變得扁平，并且?guī)щ姷臉渲罘肿幼冃蔚母鼌柡?。Kelly等人運用CHARMM力場研究了表面帶電、表面呈中性的G3樹枝狀分子與DMPC脂質(zhì)膜的相互作用。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)樹枝狀分子靠近脂質(zhì)膜的磷酸鹽的部分時，相互吸引力變強了，并且?guī)щ姷臉渲罘肿痈菀着c膜相互作用。Kelly等人也研究了樹枝狀分子與不同相（凝膠或者液態(tài)）的脂質(zhì)膜的相互作用，發(fā)現(xiàn)在凝膠態(tài)的脂質(zhì)雙分子層中，無論是帶電還是不帶電的樹枝狀分子都是球形的，但是在液態(tài)的脂質(zhì)雙分子層中，樹枝狀分子是扁平狀的（如圖1）。

Nawaz等人在空氣-水的界面處， 對末端修飾相對的位置和數(shù)量不同的烷基的PAMAM進行一系列的研究（如圖2）。他們對兩親性的樹枝狀分子進行了兩種研究：一個將樹枝狀分子表面全部修飾上癸烷，另一個僅修飾表面一半的氨基（結(jié)構(gòu)上是對稱的）。他們發(fā)現(xiàn)樹枝狀分子中的最長軸總是垂直于分界線的，它們的結(jié)構(gòu)介于扁圓和扁平狀之間。并且，一半做表面修飾的PAMAM基本上浸沒于水中，而修飾的烷基完全暴露在空氣中。對于表面修飾完全的樹枝狀分子來說，樹枝狀分子和水之間的氫鍵（HBs）使樹枝狀分子更傾向于向界面處移動。當(dāng)樹枝狀分子浸入在水中時，烷基會包裹樹枝狀分子親水性的部分，阻礙HBs的生成。相反，無論是在靠近界面處，還是浸沒在水中，一半做表面修飾的PAMAM的氫鍵數(shù)目大致相同。由于樹枝狀分子的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和柔性度等原因，相比較于部分表面修飾的樹枝狀分子，表面全部修飾上癸烷得樹枝狀分子更加的穩(wěn)定。

2.2 粗?；哪Ｐ?/p>

為了克服體系的太小和模擬時間的過短的缺點，Lee和Larson采用MARTINI力場通過改變樹枝狀分子的濃度、大小和形狀來研究對DMPC脂質(zhì)膜的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與高濃度的G5發(fā)生作用的脂質(zhì)膜會發(fā)生變形且產(chǎn)生孔洞現(xiàn)象，相比較于高濃度的G5，與低濃度的G7相互作用的膜也會產(chǎn)生孔洞現(xiàn)象，進入膜中的水分子數(shù)目也更多。但是，相比較于多聚賴氨酸，他們發(fā)現(xiàn)球狀剛性的樹枝狀分子更易使膜形狀發(fā)生改變。

Tian和Ma研究了不同的pH和代數(shù)的樹枝狀分子對膜的影響（如圖3）。他們發(fā)現(xiàn)，在酸性條件下，G3未發(fā)生穿膜現(xiàn)象僅吸附于膜的表面，自身的形狀發(fā)生很大的變化；樹枝形大分子出現(xiàn)跨膜行為，部分樹枝形大分子穿過磷脂膜進入到另外一側(cè)。在中性環(huán)境下的基因輸運過程中，G4僅僅吸附于帶負(fù)電的細(xì)胞膜的表面。這也說明樹枝狀分子對pH值較為敏感。相反，由于高代數(shù)的G5引發(fā)了膜的孔洞的現(xiàn)象，所以這類分子的毒性較高。對于低代數(shù)的樹枝狀分子（G3、G4）在基因輸運方面，毒性較低?；蜉斶\效率的高低與樹枝狀分子能否從內(nèi)吞體中逃逸直接相關(guān)。由于靜電相互作用，G3、G4吸附于帶負(fù)電的細(xì)胞膜表面，引發(fā)可能的內(nèi)化作用。相比較于G4，在內(nèi)吞作用后，G3帶有的電荷量較低難以破壞內(nèi)吞體的膜。所以，由于低毒性和高效率，G4是最理想的基因輸運的載體。

圖3 在pH～5、pH～7、pH～10 的條件下，G3（a）和G4（b）與非對稱膜的相互作用的模擬快照。橘黃色代表樹枝狀分子，藍綠色代表雙分子層的尾部，綠色和黃色代表雙分子層的頭部，水和反離子在此被省略。

Lin等人研究了PAMAM與DPPC（肺表面活性物質(zhì)的模型）之間相互作用。他們發(fā)現(xiàn)，G5，G7的PAMAM對DPPC的結(jié)構(gòu)影響比較大，同時關(guān)注了在呼吸的過程中DPPC分子在界面處的相由LE-LC共存到LC的相轉(zhuǎn)變的情況。但是，由于G5和G7的作用阻止了DPPC正常的相轉(zhuǎn)變，甚至造成了反向的相變。這也說明了由于PAMAM的毒性和潛在的應(yīng)用，它可以控制DPPC分子在界面處相變行為。

3 總結(jié)和展望

理解樹枝狀分子在相關(guān)體系行為及形成的微結(jié)構(gòu)是軟凝聚態(tài)物理特別感興趣的地方。在這篇綜述中，我們回顧了樹枝狀分子在界面處的計算機模擬的有關(guān)工作。吸附在相關(guān)的界面的樹枝狀分子的自身的形狀發(fā)生改變，并且會使諸如脂質(zhì)膜等界面處的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。計算機模擬可以很好的預(yù)測到樹枝狀分子在相關(guān)體系的信息。一方面，模擬計算可以開發(fā)出功能優(yōu)良的樹枝狀分子；另一方面，可以觀察相關(guān)體系的現(xiàn)象，并了解可能的物理機制。盡管目前已有大量的研究工作發(fā)表，并且得到許多有價值的結(jié)果；但是，該領(lǐng)域仍然存在許多尚待解決的問題。從計算機模擬的角度來說，目前針對特定樹枝形大分子的力場并不多，粗?；牧鲆话闶窍葟某Ｓ玫膸讉€全原子力場中獲得的原始信息做進一步處理，常用的全原子力場有時并不能很好地反映某一特定樹枝形大分子的熱力學(xué)和動力學(xué)信息。所以，發(fā)展新的力場或改進目前使用的力場還需要進一步的研究。對于大尺度的計算機模擬，粗?；亩喑叨饶M方法仍然需要進一步提升。另外，由于模擬時間和體系的限制，對于小分子誘導(dǎo)的樹枝形分子體系的自組裝研究還處于初級階段，需要進一步的深入研究。

（基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（1104056， 91027040， 11047027， 10974080）， 973項目（2012CB821500））

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第8篇：計算機分子模擬技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】中學(xué)化學(xué) 虛擬實驗

【中圖分類號】G【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2014）07B-0063-02

化學(xué)是一門實驗科學(xué)。首先，化學(xué)知識的傳承要以實驗現(xiàn)象為基本依托。通過實驗中的發(fā)光、發(fā)熱、變色以及基本的物態(tài)變化來反應(yīng)物質(zhì)在化學(xué)范疇之內(nèi)的特性。其次，化學(xué)認(rèn)知的探究過程也離不開實驗。每一次新的化學(xué)技術(shù)的飛越都是以化學(xué)實驗為出發(fā)點的，實驗室是孕生化學(xué)理論的溫床。高中化學(xué)教學(xué)的實施，必須重視學(xué)生化學(xué)實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。但是，在實際教學(xué)過程中化學(xué)實驗課的開設(shè)受到了種種制約?；瘜W(xué)實驗本身需要耗費化學(xué)藥品，試驗過程中存在一定的危險因素，實驗室空間以及設(shè)備配置情況并不能滿足每一位學(xué)生都能夠接受嚴(yán)格的實驗訓(xùn)練。在計算機領(lǐng)域，模擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展為改變化學(xué)實驗課開設(shè)的現(xiàn)狀創(chuàng)造了有利條件。教育研究工作者以及一線教師通過教育實踐研究，將教育教學(xué)活動與計算機技術(shù)相結(jié)合，通過圖像模擬、互動設(shè)計以及程序設(shè)計等科學(xué)手段，將化學(xué)實驗通過計算機環(huán)境設(shè)計出虛擬實驗情景。結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)設(shè)備使得虛擬的實驗場景與學(xué)生見面，學(xué)生借此進行主動操作。這樣的教學(xué)方式可以改善傳統(tǒng)實驗室操作中的一些制約因素，在一定程度上使得化學(xué)實驗課以及化學(xué)教育教學(xué)工作變得更加有效、快捷。

一、模擬經(jīng)典實驗，突出理論根源

化學(xué)反應(yīng)原理的分析與化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象總是相伴而生的，通觀高中化學(xué)教材，實驗總與理論描述相伴而生。大小實驗出現(xiàn)的頻率很高，教學(xué)中實驗現(xiàn)象的描述一般是以文字的形式出現(xiàn)，這對于學(xué)生而言，理解起來有一定的困難。首先是把文字符號翻譯成圖像畫面的腦力活動勢必會使得學(xué)習(xí)的精力分散而偏離學(xué)習(xí)的主題，影響到認(rèn)知圖式的順利建構(gòu)；其次，高中學(xué)生已經(jīng)基本發(fā)展出一些天生的質(zhì)疑精神，他們對沒有親眼見過的事物會持懷疑態(tài)度，總期望能夠得到驗證，純粹的文字描述說服力是蒼白的。模擬的實驗場景，會將學(xué)生帶入現(xiàn)實情境中，直觀地“觀察”實驗現(xiàn)象，使得實驗安排的目的性更加明確，課堂教學(xué)的重點更加突出，同時也理順了學(xué)生建構(gòu)認(rèn)知圖式的條件，提高課堂學(xué)習(xí)的效率。

比如，人教高中化學(xué)必修1“離子反應(yīng)”的教學(xué)過程中，“實驗2.1.1：在2 ml Na2SO4溶液中滴入2 ml稀KCl溶液”和“實驗2.1.2：在2 ml Na2SO4溶液中滴入2 ml BaCl2溶液”這兩個對比試驗，設(shè)計的目的是要學(xué)生探究什么是離子反應(yīng)，以及發(fā)生離子反應(yīng)的條件是什么，而實驗現(xiàn)象的分析僅僅是借以探究這兩個問題答案的材料，沒有必要在這里花費太多時間讓學(xué)生回憶甚至進行實驗操作來理解反應(yīng)的現(xiàn)象。直觀快捷地演示實驗的過程和現(xiàn)象，在這里變得很必要。工作中，課前教師將硫酸鈉和氯化鉀溶液、氯化鋇溶液的反應(yīng)過程通過計算機技術(shù)制作成模擬課件，在必要的時候進行直觀演示，簡化了學(xué)生理解實驗現(xiàn)象的過程，加深了學(xué)生對實驗現(xiàn)象的印象。最重要的是，觀看完實驗過程，學(xué)生直接將學(xué)習(xí)的焦點聚集在討論核心問題上來，避免學(xué)生迷失于實驗過程的糾纏中致使課堂教學(xué)重點發(fā)生偏離。

二、促進實驗創(chuàng)新，培養(yǎng)探究能力

化學(xué)實驗充滿了無窮的魅力，一旦擁有便利的條件，高中學(xué)生就能夠充分發(fā)揮他們的想象力，不斷嘗試并開拓自己的創(chuàng)造能力。從理論來看，虛擬實驗室的構(gòu)建，可以給學(xué)生提供一個自由探究的空間和平臺。一方面，虛擬的器材庫，可以提供應(yīng)有盡有的實驗器材和實驗用的化學(xué)藥品，且不需后續(xù)的財力投資。另一方面，虛擬實驗通過人機互動來完成，實驗效果都是經(jīng)過科學(xué)規(guī)律的控制而產(chǎn)生的，即使出現(xiàn)危險結(jié)果也不會有人員傷害事件發(fā)生。這兩大優(yōu)點，為學(xué)生天馬行空的想象得以實踐提供了良好條件，也正是這樣的條件才孕生了學(xué)生創(chuàng)造能力得以開拓的土壤。

在實踐中，我們設(shè)計學(xué)生實驗的時候，要盡力為學(xué)生提供一些可選條件，以豐富的器材和藥品庫作為支撐，同時預(yù)設(shè)多種可能出現(xiàn)的方案，使得虛擬實驗課件盡量真實地展示各種藥物組合之后發(fā)生的實驗現(xiàn)象。此外，還要善于開拓教學(xué)資源。如今，虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展催生了許多虛擬實驗室的出現(xiàn)，其中不乏針對高中化學(xué)設(shè)計的化學(xué)虛擬實驗室。這種實驗室以模擬現(xiàn)實實驗室為終極目標(biāo)，具備完善的實驗室系統(tǒng)，其中包含“器材庫”“藥品庫”這樣的實物模擬模塊，也包含了完備的化學(xué)定律控制層面的程序模塊，虛擬的“軟環(huán)境”和“硬環(huán)境”使其更逼真地將學(xué)生帶入實驗。

比如，實驗室制備氯氣的反應(yīng)。首先是裝置的組裝問題，教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，首先出示了實驗室制備二氧化碳的裝置，引導(dǎo)學(xué)生研究實驗室制備氣體的裝置組裝的要素。然后讓學(xué)生發(fā)揮主觀能動性，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式的提示來組裝使用高錳酸鉀和濃鹽酸制備氯氣的裝置。一般地，多數(shù)學(xué)生都組裝出了包括反應(yīng)裝置、集氣裝置、尾氣處理裝置三大塊在內(nèi)的反應(yīng)裝置。但是隨著教師進一步提出問題，這樣的裝置制備的氯氣純凈嗎？學(xué)生再次分析化學(xué)反應(yīng)方程式發(fā)現(xiàn)，由于加熱的緣故，制備的氯氣中很可能含有KCl和水蒸氣。于是，又討論如何添加凈化裝置。最終，在虛擬實驗環(huán)境中組裝好了包括反應(yīng)裝置、凈化裝置、集氣裝置和尾氣處理裝置的完整的氯氣制備裝置。隨后，根據(jù)討論時的結(jié)論一一添加藥品。過程中，學(xué)生表現(xiàn)出強烈的探究欲望，他們不滿足于高錳酸鉀制備氯氣的一種途徑，此時，教師引導(dǎo)學(xué)生自行探究使用氯酸鉀、漂白粉等制備氯氣的反應(yīng)。

虛擬實驗的過程中，體現(xiàn)了這樣幾個常規(guī)實驗不能達到的優(yōu)點。其一，教師采用了動畫演示的方式，將反應(yīng)裝置中的生成物以不同顏色的箭頭標(biāo)識清楚。這樣學(xué)生直觀地看到生成物并不是理想的單一化物質(zhì)，而是還有我們不需要的雜質(zhì)。隨著一步步的凈化，雜質(zhì)逐步去除，學(xué)生明確了實驗中每一個實驗器皿中的藥品起到的作用。第二，隨著虛擬過程中裝置的一步步改進，學(xué)生掌握了化學(xué)實驗中需要考慮的因素，為今后的創(chuàng)新性探究創(chuàng)造了條件。第三，虛擬操作不能代替常規(guī)化學(xué)實驗操作帶給人的感受和收獲，但是虛擬操作為實踐操作更加順利地進行奠定了基礎(chǔ)。最后，方便的操作環(huán)境，幫助學(xué)生實現(xiàn)了他們多種途徑制備氯氣的想法，拓寬了學(xué)生思路，發(fā)展了學(xué)生的創(chuàng)造能力。

三、構(gòu)建分子模型，呈現(xiàn)微觀世界

化學(xué)分子的微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)之間關(guān)系密切，傳統(tǒng)的教學(xué)要么單純使用文字語言描述來表達分子結(jié)構(gòu)，要么使用二維圖片做簡單演示，這些都制約了學(xué)生的空間想象能力。虛擬實驗室的出現(xiàn)，在微觀分子結(jié)構(gòu)演示方面做出了巨大貢獻。采用三維技術(shù)處理的“三維分子”虛擬功能，提供了物質(zhì)中各微粒組成的基本方式。我們可以自由組合這些“微粒”并以不同形態(tài)、色彩來標(biāo)識微粒，幫助學(xué)生更加直觀地了解物質(zhì)的構(gòu)成，進而學(xué)習(xí)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。

第9篇：計算機分子模擬技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：抗氧劑；酚；烷基化二苯胺

中圖分類號：TE624.82文獻標(biāo)識碼：A

Development of High Temperature Antioxidant

ZHANG Hui， DUAN Qing-hua， LI Xin-hua

（Research Institute of Petroleum Processing， SINOPEC， Beijing100083， China）

Abstract：Based on the structure-activity relationship of antioxidant molecules， a sulfur-containing phenol antioxidant was designed in the existing knowledge on the antioxidant system. The synergistic effect of both phenol and diphenylamine antioxidants was studied and the proportion of them was determined. The result of passing ASTM Sequence Ⅲ showed that the high temperature antioxidant can meet the demand of high grade internal combustion engine oil.

Key words： antioxidant； phenol； alkyl diphenylamine

0引言

環(huán)保、節(jié)能是推動內(nèi)燃機油升級換代的主要驅(qū)動力，隨著排放法規(guī)的不斷嚴(yán)格，對發(fā)動機排放的要求也越來越苛刻，從而大大加快了內(nèi)燃機油升級換代的步伐。ILSAC（國際油規(guī)格委員會）于2009年底通過了最新的汽油機油規(guī)格GF-5，對內(nèi)燃機油中的磷含量，硫含量做出了新的限制，其中，磷含量要求介于006%～008%，硫含量不大于06%；同時對油品的黏度增長、沉積物重量的要求也越來越高。例如，TEOST MHT-4中沉積物重量從GF-2規(guī)格的45 mg變?yōu)镚F-4規(guī)格的35 mg，直至GF-5規(guī)格的30 mg；高溫?zé)嵫趸瘡蘑驟臺架試驗逐步升級為ⅢF、ⅢG，臺架評定中油溫也越來越高，而黏度增長變化率從375%下降為275%、150%[1-3]。

更高的使用溫度，更大的NOx含量，對油品的抗氧化性能要求更為苛刻，這對輔助型抗氧劑提出了新的要求；為滿足高檔內(nèi)燃機油的發(fā)展，研制一種新型高溫抗氧劑是十分必要的。

1高溫抗氧劑的設(shè)計

針對內(nèi)燃機油的發(fā)展趨勢，必然要根據(jù)其使用特點，來對抗氧劑展開針對性的研究。內(nèi)燃機油對抗氧劑的要求，正是我們開發(fā)新型抗氧劑的著力點。

1.1高溫抗氧劑類型的確定

隨著環(huán)保要求的提高，大力發(fā)展低硫酸鹽灰分、低磷、低硫（Low-sulphated Ash， Phosphorus and Sulphur，低SAPS）油已成為高檔油研究領(lǐng)域中的一個重要趨勢[4]。作為輔助型抗氧劑，一般宜選用無灰型抗氧劑。常用的無灰型抗氧劑包括烷基化二苯胺（ADPA）和屏蔽酚類抗氧劑（HP），二者均為自由基中止劑，能夠有效地捕捉自由基。二者具有較好的協(xié)同效應(yīng)，能夠有效地提高油品的抗氧化性能[5]，見圖1。

在配方中的使用發(fā)現(xiàn)：胺類抗氧劑能有效控制油品黏度增長，酚類抗氧劑能減少沉積物的生成，二者復(fù)配具有較好的協(xié)同效應(yīng)。此種復(fù)配方式在GF-3級別汽油機油，甚至在柴油機油中得到廣泛使用，并且也可作為抗氧性能補強劑調(diào)合于油品之中[6]，見圖2。

1.2含硫組分的引入

現(xiàn)代內(nèi)燃機油要求基礎(chǔ)油具有特別好的氧化安定性和很高的黏度指數(shù)，以滿足日益苛刻的使用性能要求。傳統(tǒng)的溶劑精制基礎(chǔ)油已難以滿足這一要求，Ⅱ類、Ⅲ類加氫油甚至聚α-烯烴合成油（PAOs）成為必然要求[7]。深加工工藝導(dǎo)致油品中天然抗氧組分的缺失，而且研究也發(fā)現(xiàn)加氫基礎(chǔ)油對含硫類抗氧劑具有良好的感受性[8-9]。同時油品中對磷含量的限制，導(dǎo)致二烷基二硫代磷酸鋅（ZDDP）劑量減少，需補加具有過氧化物分解功能的添加劑。因此，考慮在酚類抗氧劑中引入硫元素，來提高油品的抗氧化性能。大量研究已經(jīng)表明，含有一個硫醚基抗氧化官能團的屏蔽酚化合物，既能通過酚羥基均裂脫氫與ROO?反應(yīng)來終止烴類分子的鏈?zhǔn)窖趸磻?yīng)，又可以通過硫醚基將ROOH分解為ROH，從而產(chǎn)生自協(xié)同抗氧效應(yīng)，使含硫屏蔽酚具備比無硫屏蔽酚更優(yōu)秀的抗氧化活性[5]，見圖3。

1.3高溫概念的引入

內(nèi)燃機尺寸小型化、高速度、重負(fù)荷和大功率的發(fā)展趨勢使得油品的使用溫度越來越高，同時從臺架試驗的要求也可以看出，程序ⅢG、ⅥD等臺架的試驗溫度相比以前的程序Ⅲ、Ⅵ等臺架試驗，溫度逐步走高，這就要求輔助抗氧劑具有良好的熱穩(wěn)定性。而塑料用抗氧劑具有較高的熱分解溫度和顏色穩(wěn)定性，可以作為進行結(jié)構(gòu)篩選的參考對象。而常用的屏蔽酚型塑料抗氧劑通常為雙酚甚至多酚結(jié)構(gòu)，具有較大的分子量。因此，可考慮含硫的雙酚類抗氧劑。

1.4分子結(jié)構(gòu)的構(gòu)造

目前，計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和量子化學(xué)理論的完善，使得分子模擬技術(shù)日臻成熟，為我們從分子和原子水平上深入研究屏蔽酚的分子結(jié)構(gòu)差異提供有效途徑。因此，可以通過計算機實驗的方法，獲得屏蔽酚的分子結(jié)構(gòu)與抗氧化性能內(nèi)在關(guān)系的系統(tǒng)認(rèn)識，這對于指導(dǎo)設(shè)計開發(fā)新型屏蔽酚抗氧劑，優(yōu)化高檔內(nèi)燃機油配方體系和加快產(chǎn)品的研發(fā)進程，均具有重要的理論價值和實際意義[10]。

定量結(jié)構(gòu)活性關(guān)系（Quantitative Structure-Activity Relationship，QSAR）或者定量結(jié)構(gòu)性能關(guān)系（Quantitative Structure-Property Relationship，QSPR）方法能夠用數(shù)學(xué)方程來描述化合物的活性（或性能）與反映分子結(jié)構(gòu)特征的參數(shù)之間的定量關(guān)系，從而將化合物的微觀結(jié)構(gòu)與其宏觀性質(zhì)成功地聯(lián)系在一起[11]。

參考現(xiàn)有含硫屏蔽酚的構(gòu)效關(guān)系理念[12-13]，采用DFT方法優(yōu)化得到含硫屏蔽酚分子的最低能量構(gòu)象，詳細(xì)分析其幾何結(jié)構(gòu)、Mulliken電荷布局和前線分子軌道性質(zhì)，計算含硫屏蔽酚分子的BDE（O-H）。通過對含硫屏蔽酚的結(jié)構(gòu)性能關(guān)系進行系統(tǒng)的量子化學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)BDE（O-H）越小，其酚羥基捕獲ROO?的反應(yīng)活性越高，高溫抗氧化性能越強；含硫屏蔽酚中的硫醚基可以將ROOH分解為相應(yīng)的醇類化合物，而自身則被氧化生成亞砜或砜，在此反應(yīng)過程中，硫醚基作為電子供給體，其提供電子的能力與含硫屏蔽酚分子分解ROOH的反應(yīng)活性密切相關(guān)。S原子所帶Mulliken負(fù)電荷數(shù)的多少，反映了其周圍電子密度的相對高低，可以表征硫醚基提供電子能力的強弱。S原子的Mulliken負(fù)電荷數(shù)越多，說明硫醚基提供電子的能力相對越強。對于含硫屏蔽酚而言，較小的BDE（O-H）和較多的S原子Mulliken負(fù)電荷，有利于酚羥基和硫醚基同時發(fā)揮較強的反應(yīng)活性，在捕獲ROO?的同時，也可以分解ROOH，從而顯著改善高溫抗氧化性能[10]。

因此，從改善抗氧化性能的角度出發(fā)，應(yīng)該設(shè)計開發(fā)具有如下特點的含硫屏蔽酚：S原子Mulliken負(fù)電荷較多、O-H鍵解離能較低，這為新型屏蔽酚抗氧劑的開發(fā)提供了明確的方向。

2目標(biāo)產(chǎn)物的合成

2.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

參考分子模擬計算結(jié)果的設(shè)計理念，結(jié)合實際使用情況，設(shè)計出如下分子結(jié)構(gòu)的含硫雙酚型抗氧劑，見圖4。

2.2反應(yīng)原理

高溫酚型抗氧劑的合成以屏蔽酚型抗氧劑和含硫化合物為原料，在催化劑作用下，合成含硫酚型抗氧劑SHP。

2.3產(chǎn)品制備

通過正交設(shè)計試驗，對合成產(chǎn)品的原料配比、催化劑用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間等進行了考察，優(yōu)化了反應(yīng)條件，合成產(chǎn)品中有效組分含量超過90%[14-16]。但所得產(chǎn)物為黏稠液態(tài)產(chǎn)物，不僅含有目標(biāo)產(chǎn)物，也包括未反應(yīng)原料、少量的副產(chǎn)物和反應(yīng)所用的催化劑。因此，為得到純度相對較高的產(chǎn)品，需要對產(chǎn)品進行精制處理。

選用Waters DELTA600液相色譜，C18硅膠色譜柱，流動相為甲醇，流速為1 mL/min，吸收波長為254 nm[17]。其具體譜圖見圖5。

從圖6可以看出，精制后產(chǎn)品中目標(biāo)產(chǎn)物的含量達到了99%以上。表明精制工藝具有良好的效果。

3性能評定及臺架數(shù)據(jù)

3.1合成產(chǎn)品熱穩(wěn)定

采用熱失重（TGA）分析法，在氮氣氣氛下加熱合成樣品。TGA分析法是使樣品處于程序控制的溫度下，觀察樣品的質(zhì)量隨溫度的函數(shù)。從產(chǎn)品的TGA圖上，可以看出隨溫度的上升，失重逐漸增大，一直到570 ℃左右，達到了完全失重，具體結(jié)果見圖7。

3.2復(fù)合產(chǎn)品抗氧劑性能

將含硫酚型抗氧劑與胺類抗氧劑進行復(fù)合，并進行了氧化誘導(dǎo)期（RBOT法）的評定。試驗所用基礎(chǔ)油為上海6#加氫油，加劑量為03%，具體結(jié)果見圖8。

從圖8可以看出，含硫屏蔽酚效果要優(yōu)于屏蔽酚；復(fù)合抗氧劑的氧化誘導(dǎo)期均要明顯優(yōu)于單劑，這表明酚胺復(fù)合具有良好的協(xié)同效應(yīng)。

3.3復(fù)合抗氧劑在SL和CH-4配方中抗氧性能評價

程序ⅢF臺架試驗用于評定汽油機油的高溫氧化及抗磨性能，其指標(biāo)包括機油變稠、漆膜沉積物、機油消耗和發(fā)動機磨損。其采用通行的GM 3800系列ⅡV-6發(fā)動機，其試驗時間為90 h，具體結(jié)果見表1。

3.4復(fù)合抗氧劑在SM配方中的性能評定

將復(fù)合抗氧劑RAO和其他參比劑以同等劑量加入到SM配方中，進行抗氧性能實驗室評價，其中TFOUT采用ASTM D4742方法進行，試驗溫度160 ℃，氧化誘導(dǎo)期實驗溫度為210 ℃，具體結(jié)果見表4。

3.5復(fù)合抗氧劑在SM配方中抗氧性能評價

選用RAO復(fù)合高溫氧劑，調(diào)合成SM級別汽油機油，進行臺架試驗[18]，具體結(jié)果見表5。

上述結(jié)果表明，含硫酚酯型抗氧劑與胺類抗氧劑復(fù)合所得抗氧劑在油品的高溫抗氧化能力方面具有良好表現(xiàn)。

4復(fù)合抗氧劑的理化指標(biāo)

所得最終產(chǎn)品為酚胺復(fù)合產(chǎn)品，兩種類型抗氧劑復(fù)合具有良好的協(xié)同作用，在提高油品的抗氧化能力方面具有顯著效果，為保證產(chǎn)品的質(zhì)量，對復(fù)合產(chǎn)品的理化指標(biāo)進行了分析，具體結(jié)果見表6。

5結(jié)論

（1）根據(jù)內(nèi)燃機油發(fā)展趨勢，結(jié)合分子模擬手段，確定了合成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化產(chǎn)品合成工藝，合成目標(biāo)產(chǎn)品。

（2）復(fù)合抗氧劑產(chǎn)品性能指標(biāo)穩(wěn)定，采用RBOT、TFOUT、PDSC等方法對產(chǎn)品和復(fù)合抗氧劑相關(guān)性能進行評價，結(jié)果表明高溫抗氧劑具有較好的抗氧性能。

（4）在SL汽油機油、CH-4柴油機油中通過相關(guān)臺架試驗；在SM汽油機油中，通過程序ⅢG臺架試驗，滿足了高檔內(nèi)燃機油的發(fā)展需求。

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