Дослідження властивостей полімерів методами молекулярної динаміки з використанням LAMMPS (огляд)

Автор(и)

  • Антон Янович Карвацький National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
  • Ірина Володимирівна Омельчук
  • Ігор Олегович Мікульонок Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
  • Віктор Миронович Витвицький Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

DOI:

https://doi.org/10.20535/2617-9741.4.2020.219780

Ключові слова:

комп’ютерне моделювання, полімер, фізичні властивості, молекулярна динаміка, LAMMPS

Анотація

Проаналізовано особливості методів комп’ютерного моделювання фізичних властивостей полімерів із застосуванням вільно відкритого програмного коду LAMMPS, в якому реалізовано методи молекулярної динаміки, що лежать в основі моделювання еволюції фізичних систем атомного масштабу. З викорсианням LAMMPS проведено тестові розрахунки густини поліетилену й технічних пружних констант вуглецевої одношарової нанотрубки. Наразі, незважаючи на поширеність експериментальних методів дослідження полімерів, що потребують значних матеріальних ресурсів, застосування методів комп’ютерного моделювання до таких досліджень робить їх важливим інструментом у сучасних наукових дослідженнях.

Біографії авторів

Антон Янович Карвацький, National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»

Доктор технічних наук, професор, професор кафедри хімічного, полімерного і силікатного машинобудування Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського

Ірина Володимирівна Омельчук

Магістрант кафедри хімічного, полімерного та силікатного машинобудування Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Ігор Олегович Мікульонок, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Доктор технічних наук, професор, професор кафедри хімічного, полімерного та силікатного машинобудування Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Віктор Миронович Витвицький, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Асистент кафедри хімічного, полімерного і силікатного машинобудування Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Посилання

Polymer Science and Engineering: The Shifting Research Frontiers (Report). Washington : The National Academies Press, 1994. 192 p. DOI: https://doi.org/10.17226/2307.

Мікульонок І. О. Технологічні основи перероблення полімерних матеріалів. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. 292 с. URL: https://ela.kpi.ua/handle/123456789/35084 (дата звернення: 27.11.2020).

Халатур П. Г., Хохлов А. Р. Компьютерное моделирование полимеров // Соросовский образовательный журнал. 2001. Т. 7, № 8. C. 37–43.

Методы компьютерного моделирования для исследования полимеров и биополимеров / отв. ред. В. А. Иванов, А. Л. Рабинович, А. Р. Хохлов. Москва : Книжный дом «ЛИБРОКОМ» , 2009. 696 с.

Методы исследования современных полимерных материалов / сост. О. Г. Замышляева. Нижний Новгород : Нижегородский госуниверситет, 2012. 90 с. URL: http://www.lib.unn.ru/students/src/Zamyshlyayeva2.pdf (дата звернення: 27.09.2020).

Ramos J., Vega J.F., Martínez-Salazar J. Predicting Experimental Results for Polyethylene by Computer Simulation // European Polymer Journal. 2018. Vol. 99, P. 298–331. DOI: https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2017.12.027.

Методы исследования полимерных систем / С. А. Вшивков, А. П. Сафронов, Е. В. Русинова и др. Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та. 2016. 232 с. URL: https://elar.urfu.ru/handle/10995/40652 (дата звернення: 27.09.2020).

Николаев А. Ф. Технология пластических масс. Ленинград : Химия, 1977. 368 с.

Тадмор З., Гогос К. Теоретические основы переработки полимеров / пер. с англ. под ред. Р. В. Торнера. Москва : Химия, 1984. 632 с.

The Nobel Prize in Chemistry 2013 / The Nobel Prize. URL: https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2013/summary/ (дата звернення: 27.09.2020).

Allen M. P., Tildesley A. K. Computer Simulation of Liquids. 2d ed. Oxford : Oxford University Press, 2017. 640 p. DOI:10.1093/oso/9780198803195.001.0001.

Кривцов А. М. К теории сред с микроструктурой // Тр. СПбГТУ. 1992. № 443. С. 9–17. URL: http://www.ipme.ru/ipme/labs/msm/Pub/Krivtsov_1992_SPbGTU.pdf (дата звернення: 27.09.2020).

LAMMPS Molecular Dynamics Simulator: LAMMPS Documentation. URL: https://lammps.sandia.gov (дата звернення: 27.09.2020).

Валуев А. А. Норман Г. Э., Подлипчук В. Ю. Метод молекулярной динамики: теория и приложения / А.А. Валуев, // Математическое моделирование. Физико-химические свойства вещества. Москва : Наука, 1989. C. 5–40.

Sharma S. Molecular Dynamics Simulation of Nanocomposites Using BIOVIA Materials Studio, Lammps and Gromacs. San Diego : Elsevier Science Publishing Co Inc., 2019. 365 p.

Рапапорт Д. К. Искусство молекулярной динамики. Ижевск : ИКИ, 2012. 632 с.

Каплан И. Г. Введение в теорию межмолекулярных взаимодействий. Млсква : Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1982. 312 с.

Норман Г. Э., Стегайлов В. В. Метод классической молекулярной динамики: вклад в основания статистической физики // Вестник ХНУ. Химия. 2009. № 870. Вып. 17(40). 41 с. URL: http://chembull.univer.kharkov.ua/archiv/2009/01.pdf (дата звернення: 27.09.2020).

McCammon J. A., Harvey S. C. Dynamics of proteins and nucleic acids. New York : Cambridge University Press, 1987. 234 p. DOI: https://doi.org/10.1016/0307-4412(89)90164-7.

Lee J. G. Computational Materials Science. An introduction. 2d ed. Boca Raton : CRC Press Taylor and Francis Group, 2017. 375 р.

Опейда Й., Швайка О. Глосарій термінів з хімії. Донецьк : ДонНУ, 2008. 738 с.

Gartner T. E. III, Jayaraman A. Modeling and Simulations of Polymers: A Roadmap // Macromolecules. 2019. Vol. 52, N 3. P. 755–786. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.macromol.8b01836.

Гулд Х., Тобочник Я. Компьютерное моделирование в физике. Части 1, 2. Москва : Мир, 1990. 350+400 c.

Plimpton S. LAMMPS Users and Developers Workshop. Trieste : International Centre for Theoretical Physics, March 2014. URL: https://lammps.sandia.gov/tutorials/italy14/italy_overview_Mar14.pdf (дата звернення: 28.09.2020).

Schelstraete S., Schepens W., Verschelde H. Theoretical and Computational Chemistry, Amsterdam : Elsevier Science B.V., 1999. 946 p.

Computational materials Multi-scale modeling and simulation of nanostructured materials / T. S. Gates, G. M. Odegard, S. J. V. Frankland, T. C. Clancy // Composites Science and Technology. 2005. Vol. 65, N 15–16. P. 2416–2434. DOI: 10.1016/j.compscitech.2005.06.009.

Theodorov D. N., Suter U. W. Atomistic modeling of mechanical properties of polymeric glasses // Macromolecules. 1986. Vol. 19, N 1. P. 139–154. DOI: https://doi.org/10.1021/ma00155a022.

Омельчук І. В., Карвацький А. Я. Визначення густини поліетилену методами молекулярної динаміки з використанням LAMMPS // XІІ Всеукр. наук.-практ. конф. «Ефективні процеси та обладнання хімічних виробництв та пакувальної техніки» (10–11.12.2020): Зб. доп. Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. С. 27.

Polyethylene. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Polyethylene (дата звернення: 27.09.2020).

Tserpes K. I., Papanikos P. Finite element modeling of single-walled carbon nanotubes // Composites. Part B: Engineering. 2005. Vol. 36. N 5. P. 468–477. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2004.10.003.

Li Ch., Chou T.-W. A structural mechanics approach for the analysis of carbon nanotubes // International Journal of Solids and Structures. 2003. Vol. 40, N 10. P. 2487–2499. DOI: https://doi.org/10.1016/S0020-7683(03)00056-8.

Про визначення модуля пружності одношарових вуглецевих нанотрубок методами структурної механіки / А. Я. Карвацький, І. О. Мікульонок, Т. В. Лазарєв, К. М Короленко // Mechanics and Advanced Technologies. 2019. Vol. 85, N 1. P. 13–25. DOI: https://doi.org/10.20535/2521-1943.2019.85.153877.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-12-24

Номер

Розділ

ХІМІЧНА ІНЖЕНЕРІЯ