分子模擬——理論與實驗 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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苑世領，張恒，張鼕菊 著

圖書標籤:

• 分子模擬
• 計算化學
• 材料科學
• 物理化學
• 化學工程
• 分子動力學
• 濛特卡洛方法
• 理論化學
• 模擬方法
• 計算材料學

齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122277084

版次：1

商品編碼：11976263

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2016-10-01

用紙：膠版紙

頁數：290

字數：464000

正文語種：中文

內容簡介

《分子模擬——理論與實驗》篇主要介紹分子模擬技術基礎理論，內容涉及量子力學方法和分子力學方法，其中重點介紹瞭基於分子力學的分子動力學模擬的基本理論和實際應用。第二篇為9個有代錶性的實驗，內容涉及無機、有機、膠化、高分子等學科，可供讀者親自上機操作，重在幫助學生從分子層次上理解化學物質的結構�殘閱芄叵怠⒍�力學性質和反應特性等，培養學生采用分子模擬技術解決化學問題的能力，並激發學生的科研興趣。
《分子模擬——理論與實驗》可供從事計算化學的科研工作者使用，也可作為化學化工專業本科生、研究生的教材。

作者簡介

苑世領，山東大學化學化工學院，副院長，教授、博導，自1999年開始，為化學院本科生講授《物理化學》，並從2005年為研究生開設《分子模擬及其應用》課程。
自2000年以來從事分子模擬計算工作，先後承擔五個國傢自然科學基金項目及多個油田橫嚮項目，發錶SCI論文一百餘篇。

目錄

第一篇分子模擬理論基礎/1
第1章緒論2
1.1分子模擬2
1.2基本概念4
1.2.1坐標係4
1.2.2分子圖形5
1.2.3分子錶麵5
1.2.4原子模型和粗粒模型7
1.2.5模擬方法8
1.3分子模擬曆史9
1.3.1早期的剛性球勢和Lennard�睯ones勢9
1.3.2小的非極性分子10
1.3.3極性分子和離子10
1.3.4鏈分子和聚閤物10
1.3.5分子模擬中的係綜10
1.3.6多體相互作用11
1.3.7非平衡分子動力學模擬11
1.4模擬資源12
參考文獻15
第2章統計力學基礎17
2.1統計力學基本原理17
2.1.1係綜17
2.1.2熱力學平均18
2.1.3其他漲落熱力學性質19
2.1.4輸運係數21
2.2粒子動力學22
2.2.1非約束粒子的運動22
2.2.2受約束粒子的運動23
2.2.3維裏定理27
參考文獻27
第3章力場28
3.1勢函數29
3.2簡正模式30
3.2.1特徵運動30
3.2.2分子光譜31
3.2.3光譜與力常數31
3.3簡單體係的分子力場32
3.4勢能函數的具體形式33
3.4.1鍵伸縮勢34
3.4.2鍵角彎麯勢35
3.4.3二麵角扭轉勢36
3.4.4離平麵的彎麯勢38
3.4.5交叉項40
3.4.6van der Waals勢40
3.4.7靜電相互作用41
3.4.8氫鍵勢43
3.5常見的力場43
3.5.1OPLS力場44
3.5.2ECEPP/3力場44
3.5.3AMBER力場45
3.5.4CHARMM力場45
3.5.5MM3力場46
3.5.6CFF力場47
3.5.7通用力場48
3.5.8COMPASS力場48
3.6聯閤原子和約化處理49
3.7粗粒力場50
3.7.1MARTINI力場50
3.7.2從全原子到粗粒模型52
3.8多體勢53
3.9水分子力場54
3.9.1簡單水分子模型54
3.9.2可極化水分子模型56
3.10選擇力場56
3.10.1力場的命名56
3.10.2力場的發展趨勢57
3.10.3如何選擇力場57
參考文獻58
第4章能量最小化64
4.1勢能麵64
4.2勢函數的極小值65
4.3非導數求極值法67
4.3.1單純形法67
4.3.2按序單坐標逼近法68
4.4導數求極值法69
4.5一級導數求極值法70
4.5.1最速下降法70
4.5.2共軛梯度法74
4.6二級導數求極值法75
4.6.1牛頓�怖�森法75
4.6.2準牛頓�怖�森法76
4.6.3沿對角綫分塊牛頓�怖�森法77
4.7能量最小化方法的選擇和收斂性判據77
4.8過渡態結構與反應路徑78
4.8.1鞍點和二次區域79
4.8.2搜尋鞍點81
4.8.3反應路徑82
4.9溶劑化效應83
參考文獻84
第5章模擬中的基本原理85
5.1短程相互作用86
5.1.1相互作用力86
5.1.2周期邊界條件 86
5.1.3非周期邊界方法87
5.1.4最近鏡像方法88
5.1.5近鄰列錶89
5.1.6連鎖格子方法90
5.1.7後續處理問題91
5.2長程相互作用94
5.2.1Ewald求和法95
5.2.2反應場方法98
5.2.3PPPM方法100
5.2.4樹狀方法101
5.3模擬過程103
5.3.1選擇初始構型104
5.3.2判斷平衡104
5.3.3模擬結果和偏差分析107
參考文獻108
第6章Monte Carlo 模擬110
6.1Monte Carlo模擬中的配分函數110
6.2Monte Carlo原理112
6.2.1函數積分112
6.2.2Metropolis取樣和Markov鏈113
6.3基本Monte Carlo模擬115
6.3.1算法116
6.3.2平動116
6.3.3取嚮運動117
6.4不同係綜中的Monte Carlo模擬121
6.4.1正則係綜122
6.4.2等溫等壓係綜123
6.4.3巨正則係綜125
6.4.4微正則係綜125
參考文獻126
第7章分子動力學模擬128
7.1積分運動等式128
7.2Verlet預測方法129
7.2.1Verlet算法129
7.2.2蛙跳Verlet算法130
7.2.3速度Verlet算法130
7.2.4Beeman算法131
7.3Gear預測校正方法131
7.3.1基本的Gear算法131
7.3.2Gear算法的改進方法132
7.4分子體係中的積分方法132
7.4.1小分子133
7.4.2大分子133
7.5不同係綜中的分子動力學138
7.5.1微正則係綜138
7.5.2正則係綜139
7.5.3恒壓恒焓係綜143
7.5.4等壓等溫係綜145
7.5.5巨正則係綜146
7.6相關函數148
7.6.1時間相關函數148
7.6.2空間相關函數150
7.6.3輸運性質151
參考文獻152
第8章介觀模擬155
8.1耗散粒子動力學模擬155
8.1.1基本原理155
8.1.2如何選擇步幅和噪聲158
8.1.3如何選擇排斥參數159
8.1.4如何選擇Flory�睭uggins參數160
8.1.5DPD在膠體化學中的應用實例161
8.2介觀動力學模擬162
8.2.1熱力學部分163
8.2.2動力學部分165
8.2.3參數部分166
8.2.4介觀動力學在聚閤物溶液中的應用實例166
參考文獻167
第9章量子化學168
9.1Schr dinger方程168
9.1.1Born-Oppenhemer近似169
9.1.2單電子近似170
9.1.3原子軌道綫性組閤近似171
9.1.4Roothaan方程171
9.2電子相關和後HF方法172
9.2.1組態相互作用173
9.2.2多體微擾方法174
9.3密度泛函理論176
9.4基函數（基組）的選擇177
9.4.1LCAO178
9.4.2STO（Slater type orbital）178
9.4.3雙ζ及三ζ基178
9.4.4GTO（Gaussian type orbital）179
9.4.5簡縮的Gaussian基組179
9.4.6分裂價基180
9.5半經驗分子軌道方法181
9.5.1全略微分重疊方法（CNDO）181
9.5.2間略微分重疊方法（INDO）182
9.5.3忽略雙原子微分重疊方法（NDDO）182
參考文獻182
第二篇分子模擬實驗/183
第10章分子模型的創建與優化184
10.1分子模型的繪製184
10.2分子構型優化186
10.3復雜分子結構的創建189
思考題191
第11章分子軌道的計算和分析193
11.1分子軌道等值麵圖193
11.2總電子密度圖196
11.3靜電勢圖196
11.4電荷分布圖198
11.5分子錶麵199
思考題201
第12章勢能麵計算202
12.1鍵的斷裂203
12.2分子間的弱相互作用206
12.3分子構象搜索209
12.4化學反應勢能麵掃描213
思考題215
第13章化學反應模擬216
13.1計算化學反應的自由能216
13.2優化搜索過渡態220
思考題225
第14章分子光譜計算226
14.1紅外和拉曼光譜226
14.2紫外可見光譜230
14.3X射綫衍射光譜235
第15章溶液行為的分子動力學模擬239
思考題244
第16章固體材料錶麵吸附行為的Monte Carlo模擬245
16.1吸附等溫綫245
16.2吸附構型249
16.3吸附動力學250
思考題252
第17章錶麵活性劑聚集行為的介觀模擬253
17.1DPD方法模擬錶麵活性劑在溶液中的聚集行為253
17.2Mesodyn方法模擬嵌段共聚物的相行為256
思考題259
第18章生物膜的粗粒化模擬260
思考題269
參考文獻270
附錄271
附錄ⅠMaterials Studio軟件簡介271
附錄ⅡOrigin自定義函數擬閤及構建三維勢能麵、能量摺綫圖的方法284
1.自定義函數擬閤284
2.繪製三維勢能麵285
3.繪製能量摺綫圖287
後記290

前言/序言

分子模擬經過幾十年的發展，不論在基礎理論還是在應用方麵，都取得瞭巨大成就。目前分子模擬在化學、材料學、生命科學等領域引起瞭理論和實驗工作者的廣泛關注。山東大學理論化學研究所自2003年為碩士、博士研究生講授分子模擬基本理論，2015年又增加瞭上機實驗操作內容，授課對象也擴至本科生。我們的課程講義前後使用十餘年，曆經多次內容更新。其中早年講義中的部分章節得到瞭山東大學蔡政亭教授的逐字斟酌潤色，這為此書齣版打下瞭基礎。本書是在山東大學理論化學研究所多位老師多年授課所使用講義的基礎上整理而成的。
本書分基礎理論和實驗兩部分，其中基礎理論部分為教師和研究生、本科生學習和參考用書，實驗部分可供學生上機實習使用。理論部分包括9章內容：第1章簡單說明分子模擬的發展曆史及其相關概念；第2章為分子模擬中的統計力學基礎；第3章主要包括各個力場的組成形式和應用範圍；第4章討論瞭能量小化方法；第5章是本書的重點，主要闡述分子動力學和Monte Carlo方法中作用力和勢函數的處理方法；第6章和第7章分彆講述瞭Monte Carlo 和分子動力學方法的原理及在不同係綜中的應用；第8章列舉瞭現在流行的兩種介觀模擬方法；前八章重點闡述的是分子力學部分。第9章簡單介紹瞭量子力學的基本概念，此部分內容主要參考瞭山東大學馮大誠教授編寫的量子化學講義。實驗部分包括9個典型的計算化學實驗，對化學中的熱點科學問題進行計算模擬，涵蓋瞭無機、有機、分析、高分子等多個學科領域，可作為基礎理論學習後的實踐練習；采用的方法包含瞭當前應用廣泛的電子相關理論、密度泛函理論、分子力學、分子動力學、Monte Carlo和介觀模擬等；每個實驗後均有相應的習題，供學生練習和鞏固知識。實驗部分為研究生和本科生的重點學習內容。
雖然在編寫過程中花費瞭不少精力，但是由於筆者知識和能力所限，主要素材期刊文獻來源較多，需要分析、歸納和統一，因此疏漏之處不可避免，敬請讀者批評指正。編著者科研方嚮為膠體化學中的分子模擬，因此書中的案例（相關文獻）多來自於膠體化學及相關雜誌，視野略顯狹窄，但是希望以此為例對其他相關專業有藉鑒作用。誠請讀者多提寶貴意見。

編著者
2016年5月

科技前沿：材料科學與工程的宏大敘事 書籍名稱： 深入解析：現代材料的結構、性能與應用 作者簡介： 本書匯集瞭材料科學與工程領域多位資深學者和一綫工程師的智慧結晶。主編張教授，是國際知名的材料物理學傢，在先進陶瓷和功能薄膜研究方麵享有盛譽；副主編李博士，則在計算材料學和高通量實驗設計方麵擁有深厚的實踐經驗。本書的編撰團隊跨越瞭理論基礎研究、材料製備工藝、性能錶徵與工程應用等多個關鍵環節，確保瞭內容的廣度與深度。 內容概述： 本書旨在為材料科學、化學工程、物理學以及相關交叉學科的高年級本科生、研究生以及工業界的研究人員，提供一部全麵、深入、且極具前瞻性的教材與參考手冊。它係統地梳理瞭當前材料科學領域的核心理論框架、關鍵的實驗技術、以及新興的材料設計理念，重點關注那些驅動現代技術革新的基礎材料體係。 第一部分：基礎理論與結構控製 本部分奠定瞭理解材料行為的微觀基礎。它不再僅僅停留在晶體學和能帶理論的簡單介紹，而是深入探討瞭缺陷工程在調控材料宏觀性質中的核心作用。 1. 晶體結構與缺陷動力學： 詳細闡述瞭點缺陷、綫缺陷（位錯）和麵缺陷（晶界）的形成機製、遷移率以及它們對塑性變形、導電性和光學特性的影響。引入瞭非平衡態熱力學在理解快速凝固和極端條件下缺陷演化中的應用。 2. 界麵科學與異質結構： 重點分析瞭不同材料體係間界麵的物理化學特性，包括界麵能、應力匹配與應變誘導相變。特彆引入瞭新型異質結（如二維材料的範德華異質結、多鐵性復閤材料界麵）的電子結構調控機製。 3. 高熵閤金與復雜相圖： 摒棄瞭傳統單組元或二元閤金的視角，深入探討瞭具有五個以上主元素的復雜高熵閤金體係的構效關係。討論瞭基於統計熱力學和局部結構漲落的相穩定性預測模型，以及如何通過調控組元比實現超塑性或高強度特性。 第二部分：先進製備技術與工藝控製 本部分聚焦於如何精確地將理論設計轉化為具有特定形態和性能的實際材料，強調過程控製與性能的精準耦閤。 1. 增材製造（3D打印）中的材料挑戰： 探討瞭選區激光熔化（SLM）、電子束熔化（EBM）等技術中，快速加熱與冷卻速率對微觀組織（如枝晶生長、孔隙率、殘餘應力）的劇烈影響。提供瞭麵嚮增材製造的材料設計原則，以應對熱裂紋和各嚮異性問題。 2. 薄膜沉積與錶麵工程： 深入講解瞭原子層沉積（ALD）和脈衝激光沉積（PLD）等技術中，反應動力學、襯底效應和生長模式的精確控製。重點介紹瞭自組裝單分子層（SAMs）在功能界麵構建中的應用，以及等離子體增強化學氣相沉積（PECVD）對非晶態材料的微結構調控。 3. 納米結構材料的自下而上閤成： 涵蓋瞭水熱閤成、溶劑熱閤成以及模闆輔助法在製備具有特定形貌（納米綫、納米片、量子點）的無機材料中的應用。討論瞭限製效應如何改變材料的本徵電子和光學屬性。 第三部分：功能材料的性能錶徵與應用拓展 本部分將理論與製備成果連接到實際應用，重點闡述瞭先進的錶徵手段和新興的功能材料體係。 1. 多尺度性能錶徵技術： 詳盡介紹瞭同步輻射光源、高分辨透射電鏡（HRTEM）在原子尺度成像中的最新進展。同時，也涵蓋瞭利用聲發射、原位拉伸測試等技術捕捉材料在動態載荷下的微裂紋萌生和擴展過程。 2. 能源存儲與轉換材料： 聚焦於固態電池電解質（如LLZO、硫化物基電解質）的界麵阻抗問題、鋰離子/鈉離子電池電極材料的體積變化機製。在光催化方麵，詳細分析瞭非貴金屬基催化劑的活性位點設計與光生載流子的分離效率。 3. 智能與響應性材料： 深入探討瞭形狀記憶閤金（SMA）、壓電/焦電材料以及磁緻伸縮材料的工作原理。重點分析瞭其超彈性、大應變響應的本構關係，並結閤這些材料在傳感器和精密驅動器中的工程化挑戰。 第四部分：計算輔助材料設計（超越傳統模擬） 本部分著眼於計算工具如何加速材料發現的進程，但側重於傳統計算方法（如分子動力學、密度泛函理論）之外的先進策略。 1. 基於機器學習的材料信息學： 介紹瞭如何構建高質量的材料數據庫（Materials Informatics）。重點講解瞭圖神經網絡（GNN）在預測復雜化閤物閤成可行性、優化反應條件以及快速篩選候選結構中的實際應用案例。 2. 加速的相場模擬： 探討瞭相場方法如何有效地模擬微觀結構在時間演化過程中的復雜動力學，如析齣現象、晶粒生長和相分離。強調瞭如何耦閤有限元方法（FEM）以實現從微觀到宏觀尺度的跨尺度模擬。 本書特色： 本書的敘事邏輯是從原子到宏觀，從理論到實踐，強調學科間的交叉融閤。它不僅提供瞭嚴謹的科學原理，更融閤瞭大量來自前沿實驗室的最新案例和工程化經驗，幫助讀者建立起一個全麵、動態、且富有洞察力的現代材料科學知識體係。對於希望在材料領域進行深入研究或産品開發的專業人士而言，這是一部不可或缺的工具書。

評分☆☆☆☆☆

對於一個將計算化學作為主要工具的工程師來說，我最看重的是工具的適用性和局限性的透明度。這本號稱覆蓋“理論與實驗”的書籍，在這方麵錶現得尤為令人沮喪。它羅列瞭大量的模擬技術名稱——從濛特卡洛到分子動力學，從頭算到半經驗方法——但卻沒有提供一個清晰的決策樹，來指導讀者根據自己的體係（無論是蛋白質摺疊、催化反應還是材料界麵）來選擇最優的計算策略。例如，它並未深入討論如何有效地處理長程相互作用在周期性邊界條件下的收斂問題，或者在處理涉及電子轉移的化學反應時，標準MD模擬框架的內在不足。更讓我感到睏惑的是，關於計算資源的消耗和優化策略的討論幾乎是零。在如今追求高效計算的背景下，一本不談論如何高效運行模擬的書籍，其價值大打摺扣。它隻是羅列瞭概念，卻沒有賦予讀者實際解決問題的能力和批判性思維。

評分☆☆☆☆☆

說實話，當我翻開這本《分子模擬——理論與實驗》時，我期待的是一場關於計算物理和化學的盛宴，希望它能搭建起理論推導的嚴謹與實際應用之間的橋梁。遺憾的是，這本書給我的感覺更像是一座用鬆散的沙子搭建的脆弱模型。在理論部分，對於量子化學計算方法（如耦閤簇理論或密度泛函理論）的描述，總是點到為止，關鍵的收斂性、基組依賴性、以及不同泛函選擇對結果的係統性偏差分析，幾乎被輕描淡寫地帶過。這使得讀者無法真正理解“為什麼”某種方法在特定體係下會失效或産生誤差。而“實驗”的銜接更是突兀，它似乎假設讀者已經掌握瞭如何將純粹的數值結果與真實世界復雜的環境效應（如溫度波動、雜質影響）進行有效對比的技巧，卻從未詳細闡述這一轉化過程中的關鍵步驟和潛在陷阱。這本書在提供“是什麼”的同時，完全缺失瞭“如何做”以及“為什麼會錯”的深度解析，這對於追求精確和可重復性的科學研究來說，是緻命的缺陷。

評分☆☆☆☆☆

這本所謂的“分子模擬——理論與實驗”的書籍，在我看來，更像是一份充滿誘惑力的目錄，而不是一個詳盡的指南。我原本滿心期待能深入理解從基礎的薛定諤方程求解到復雜的動力學模擬算法的每一個細節，特彆是對於像我這樣，希望將理論知識應用到實際材料設計中的科研工作者而言。然而，實際閱讀體驗卻令人大失所望。書中對理論框架的闡述，停留在教科書的初級水平，缺乏對前沿進展的深入剖析，例如近期在機器學習輔助勢能麵構建方麵的突破，幾乎沒有提及。更不用說，所謂的“實驗”部分，更像是對幾種常用計算軟件結果的簡單羅列，缺乏對實驗數據如何驗證、修正或啓發模擬參數的關鍵環節的探討。整體而言，它像是為初學者準備的入門讀物，但即便是初學者，也需要大量外部資料來填補其內容上的巨大空白。對於有一定基礎的研究者來說，這本書提供的附加價值微乎其微，更像是在浪費時間翻閱一本對深度和廣度都嚴重不足的資料集。

評分☆☆☆☆☆

這本書的寫作風格和結構安排，簡直是一場災難。閱讀體驗就像是穿過一片信息碎片化的荒原。它試圖在同一本書中涵蓋從微觀量子力學基礎到宏觀係統模擬的廣闊領域，結果卻是哪一個領域都沒有真正深入。每當我對某個理論點産生疑問，迫切希望作者能提供一個更細緻的推導或一個實際的例子來闡明時，文字便戛然而止，或者生硬地跳躍到瞭下一個不相關的章節。比如，關於範德華力在不同尺度下的處理方法，書中僅用瞭寥寥數語帶過，這對於研究軟物質體係的人來說是完全不夠的。如果它定位為一本麵嚮初級本科生的科普讀物或許尚可原諒，但其標題所暗示的深度，要求它必須提供更加連貫、邏輯嚴密的論證鏈條。目前的版本，更像是不同講師在不同課程上留下的零散講義的粗暴拼湊，缺乏一位主導者對全局的掌控力。

評分☆☆☆☆☆

我花費瞭大量時間試圖從中挖掘齣一些可以立即轉化為實驗指導的“金玉良言”，但最終失望而歸。這本書對“實驗”的理解似乎停留在上世紀末的水平。它沒有提及任何關於高通量計算的工作流程、數據管理和可視化工具的最新進展。在現代科學研究中，模擬不再是孤立的計算任務，它是一個與數據科學緊密結閤的迭代過程。這本書對如何利用先進的數據分析技術（比如主成分分析或神經網絡降維）來解釋龐大的軌跡數據方麵完全保持瞭沉默。此外，在涉及復雜體係（如界麵或催化劑錶麵）的模擬時，關於如何設計有效的采樣策略（如Metadynamics或Replica Exchange MC）的討論也過於錶麵化，缺乏對這些技術在應對高能壘問題時的實際應用限製的坦誠分析。總而言之，這本書在理論上不夠深刻，在方法論上不夠現代，在實踐指導上則近乎缺失。

評分☆☆☆☆☆

從頭開始學習分子模擬，多一項技能以後好找工作

評分☆☆☆☆☆

正品

評分☆☆☆☆☆

書是彆人指定購買，京東送貨快

評分☆☆☆☆☆

範例用的MS5.0，美中不足

評分☆☆☆☆☆

還不錯，但是是化學口的 不是物理的

評分☆☆☆☆☆

還不錯的。。。。。。。。

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網上購物這麼激烈，沒想到店傢的服務這麼好，商品質量好而價低廉，我太感謝你瞭！ 店傢很講信譽，而且很不錯哦，在這傢店買東東，我很滿意~

評分☆☆☆☆☆

講的比較細緻，適閤入門者看