Отправить статью по E-mail 
Набор самосогласованных параметров потенциала Леннард–Джонса для молекулярно-динамического моделирования боросиликатных стекол
- Авторы: Макаров Г.И.1, Шилкова К.С.1, Шунайлов А.В.1, Павлов П.В.1, Макарова Т.М.1
-
Учреждения:
- Южно-Уральский государственный университет
- Выпуск: Том 49, № 4 (2023)
- Страницы: 401-416
- Раздел: Статьи
- URL: https://ogarev-online.ru/0132-6651/article/view/139338
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0132665122600315
- EDN: https://elibrary.ru/SGHZFG
- ID: 139338
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Разработана модель силового поля для высокопроизводительного молекулярно-динамического моделирования неорганических оксидных материалов, в том числе боросиликатных стекол, основанное на сочетании электростатических взаимодействий с потенциалами Леннард–Джонса вида 6–12. Параметры силового поля подбирались так, чтобы воспроизводить структуру и объемный модуль всестороннего сжатия бинарных оксидов широкого набора элементов. Предлагаемое силовое поле способно с высокой точностью воспроизводить структуры минералов, содержащих от двух до трех видов катионов, при их молекулярно-динамическом моделировании. Применение потенциала 6–12 обеспечивает совместимость разработанной модели силового поля с силовыми полями для органических соединений по типу дисперсионного взаимодействия, что позволяет использовать его при совместном моделировании органических и неорганических фаз, например, при моделировании композитных материалов с минеральными и стеклянными наполнителями.
Ключевые слова
Об авторах
Г. И. Макаров
Южно-Уральский государственный университет
Email: makarovgi@susu.ru
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76
К. С. Шилкова
Южно-Уральский государственный университет
Email: makarovgi@susu.ru
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76
А. В. Шунайлов
Южно-Уральский государственный университет
Email: makarovgi@susu.ru
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76
П. В. Павлов
Южно-Уральский государственный университет
Email: makarovgi@susu.ru
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76
Т. М. Макарова
Южно-Уральский государственный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: makarovgi@susu.ru
Россия, 454080, Челябинск, пр. Ленина, 76
Список литературы
- Ma M., Li H., Xiong Y., Dong F. Rational design, synthesis, and application of silica/graphene-based nanocomposite: A review // Materials & Design, 2021. V. 198. P. 109367.
- van Beest B.W.H., Kramer G.J., van Santen R.A. Force fields for silicas and aluminophosphates based on ab initio calculations // Physical Review Letters. 1990. V. 64. P. 1955–1958.
- Hu Y.-J., Zhao G., Zhang M., Bin B., Del Rose T., Zhao Q., Zu Q., Chen Y., Sun X., de Jong M., Qi L. Predicting densities and elastic moduli of SiO2-based glasses by machine learning // npj Computational Materials, 2020. V. 6. P. 25.
- Goodman B.J. A Study of Vitrified Nuclear Wasteforms by Molecular Dynamics, Electron Microscopy and Raman Spectroscopy. University of Kent, 2015. Master thesis. 143 p.
- Pedone A., Malavasi G., Menziani M.C., Cormack A.N., Segre U. A new self-consistent empirical interatomic potential model for oxides, silicates, and silica-based glasses // J. Physical Chemistry B. 2006. V. 110. P. 11780–11795.
- Mishnev M., Korolev A., Bartashevich E., Ulrikh D. Effect of long-term thermal relaxation of epoxy binder on thermoelasticity of fiberglass plastics: multiscale modeling and experiments // Polymers. V. 14. P. 1712.
- Wang J., Wolf R.M., Caldwell J.W., Kollman P.A., Case D.A. Development and testing of a general amber force field // J. Comput. Chem. 2004. V. 25. P. 1157–1174.
- Soares T.A., Hünenberger P.H., Kastenholz M.A., Kräutler V., Lenz T., Lins R.D., Oostenbrink C., van Gunsteren W.F. An improved nucleic acid parameter set for the GROMOS force field // J. Comput. Chem., 2005. V. 26. P. 725–737.
- Vanommeslaeghe K., Raman E.P., MacKerell A.D. Jr. Automation of the CHARMM General Force Field (CGenFF) II: Assignment of bonded parameters and partial atomic charges // J. Chemical Information and Modeling. 2012. V. 52. P. 3155–3168.
- Wennberg C.L., Murtola T., Hess B., Lindahl E. Lennard–Jones lattice summation in bilayer simulations has critical effects on surface tension and lipid properties // J. Chem. Theory Comput. 2013. V. 9. P. 3527–3537.
- Heinz H., Lin T.-J., Mishra R.K., Emami F.S. Thermodynamically consistent force fields for the assembly of inorganic, organic, and biological nanostructures: The INTERFACE force field // Langmuir. 2013. V. 29. P. 1754–1765.
- Tsuneyuki S., Tsukada M., Aoki H., Matsui Y. First-principles interatomic potential of silica applied to molecular dynamics // Physical Review Letters, 1988. V. 61. P. 869–872.
- Vaitkus A., Merkys A., Gražulis S. Validation of the Crystallography Open Database using the Crystallographic Information Framework // J. Applied Crystallography, 2021. V. 54. P. 661–672.
- Smyth J.R., Jacobsen S.D., Hazen R.M. Comparative Crystal Chemistry of Dense Oxide Minerals // Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 2000. V. 41. P. 157–186.
- Gale J.D., Rohl A.L. The General Utility Lattice Program (GULP) // Molecular Simulation, 2003. V. 29. P. 291–341.
- Abraham M., Murtola T., Schulz R., Páll S., Smith J., Hess B., Lindahl E. GROMACS: High performance molecular simulations through multi-level parallelism from laptops to supercomputers // SoftwareX, 2015. V. 1–2. P. 19–25.
- Bussi G., Donadio D., Parrinello M. Canonical sampling through velocity rescaling // J. Chem. Phys. 2007. V. 126. P. 014101.
- Berendsen H.J.C., Postma J.P.M., van Gunsteren W.F., DiNola A., Haak J.R. Molecular dynamics with coupling to an external bath // J. Chem. Phys. 1984. V. 81. P. 3684–3690.
- Diego Gatta G., Angel R.J., Rotiroti N., Carpenter M.A. High-pressure and low-temperature behaviour of trigonal kalsilite // Geophysical Research Abstracts, 2010. V. 12, EGU2010-12321.
- Darden T., York D., Pedersen L. Particle mesh Ewald: An N⋅log(N) method for Ewald sums in large systems // J. Chem. Phys. 1993. V. 98. P. 10 089–10 092.
- Wennberg C.L., Murtola T., Hess B., Lindahl E. Lennard–Jones Lattice Summation in Bilayer Simulations Has Critical Effects on Surface Tension and Lipid Properties // J. Chem. Theory Comput. 2013. V. 9. P. 3527–3537.
- Shelby J.E. Introduction to Glass Science and Technology // Royal Society of Chemistry, 2 ed. 2007.
- Lipinska-Kalita K.E., Kalita P., Hemmers O., Hartmann T. Equation of state of gallium oxide to 70 GPa: Comparison of quasihydrostatic and nonhydrostatic compression // Physical Review B. 2008. V. 77. P. 094123.
- Barzilai S., Halevy I., Yeheskel O. Bulk modulus of Sc2O3: Ab initio calculations and experimental results // J. Applied Physics, 2011. V. 110. P. 043 532.
- Palko J.W., Waltraud W.M., Sinogeikin S.V., Bass J.D., Sayir A. Elastic constants of yttria (Y2O3) monocrystals to high temperatures // J. Applied Physics, 2001. V. 89. P. 7791–7796.
- Materials Data on Na2SiO3 by Materials Project // LBNL Materials Project; Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), Berkeley, CA (United States), 2020.
- Bass J.D. Elasticity of Minerals, Glasses, and Melts // In: Mineral Physics and Crystallography: A Handbook of Physical Constants. 1995. Eds. Ahrens T. J. Washington: American Geophysical Union. P. 45–63.
Дополнительные файлы
