Page 101 - 化学分析与检测技术

第三章 材料模拟技术的应用

火，观察分子运动前后能量的变化，只有羧甲基壳聚糖和壳聚糖体系能量在运动
后保持稳定，这也解释了该体系的自修复行为，这是水凝胶具有自愈合能力的原
因之一。
3.Dmol3 模块

Dmol3 模块可以进行以密度泛函理论（DFT）为基础的先进量子力学的计算，
其适用范围十分广泛，对气相、液相、固相等体系均可进行模拟计算，可用于研
究分子反应、分子结构等，还可预测分子的反应位点、混合热、溶解度、分布函
数等性质。

Zhang 等通过优化壳聚糖和功能化石墨烯的几何结构、相互作用能、电子
密度差和态密度来分析化学官能团对壳聚糖与石墨烯相互作用的影响。计算结
果表明，羧基基团可有效改善壳聚糖与石墨烯之间的界面相互作用。Yu 等利用
Dmol3 模块研究了碳纳米管和羟基化碳纳米管体系吸附壳聚糖的吸附能、结构、

电荷分布，结果表明碳纳米管末端的羟基是壳聚糖通过氢键吸附到碳纳米管上的
主要成核位点，同时也证明了壳聚糖可以将电子转移到羟基化的碳纳米管上，克
服了碳纳米管化学惰性的缺点。
4.DPD 模块

DPD 模块是研究复杂流体的有效模拟方法，针对工业研究中常见的涂料、
药物材料、药物缓释剂等复杂流体，DPD 能通过其粗粒度动力学算法得到各种
约束条件下的流体结构和动力学性能。Zhao 等通过耗散粒子动力学（DPD）模
拟了壳聚糖和羧甲基纤维素的络合过程，比较了不同酸碱度的络合情况，计算了

溶液中两种物质的相互作用力，揭示了聚电解质水凝胶的形成机理，即酸性条件
下壳聚糖－ NH3+ 基团和纤维素－ COO 基团的静电作用。Zhang 等采用 DPD 方
法研究了聚己内酯和壳聚糖共混体系的形貌和性能，模拟结果预测了不同质量比
时共混物的形貌和分散性，为设计合适的聚合物共混物提供了方向和微观理论

基础。
5.Amorphous Cell 模块
Amorphous Cell 模块能搭建各种无定形的典型系统模型，通过分析系统模型
的结构、能量、动力学性能等特性来预测其主要性能，指导新材料的设计。在 3D

生物打印应用中，自愈合水凝胶应在打印过程中保持稳定的流变性能，并通过二
次打印后交联进一步稳定。为探究苯酚功能化导致快速胶凝和独特流变行为的原

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