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化学分析与检测技术
Chemical Analysis and Detection Techniques
蒙特卡罗法应用于薄膜的生长、相变、缺陷行为、材料共混等过程的研究；
计算量相对较小，误差范围易确认，但其计算结果比较粗糙，难以在原子水平上
解释问题的相关过程。
分子动力学广泛用于生物大分子、纳米材料和有机高分子物质等方面的研究；
计算时可以对温度、压力等外部因素进行模拟，更加逼近实际状态，且程序计算
量小，计算简单。
分子力学计算众多类化合物的热力学性质、谱学参数、分子构象、确定有机
物的稳定性等；计算过程借助大量经验参数，使计算过程得到简化，从而节省时
间，但无法获取电子分布等微观性质。
量子力学通常用于处理较小的体系，得到分子的热力学函数及电荷密度等性
质；计算精度高，但计算量大，对计算设备要求高，计算的原子通常不超过几百
个，应用于大分子体系的极少。
对于聚合物体系来说，聚合物的尺寸通常在几十至几百纳米，高分子聚合物
的许多性质都在空间尺寸上处于纳米级别同时在时间尺度上处于微秒级别，用微
观尺度的模拟方法对计算机的服务器计算性能要求非常高，而用宏观尺度的模拟
方法则要求极为详细的连续性介质描述。基于此，介于微观和宏观模拟之间的“介
观模拟”应运而生。
介观（Mesoscopic）这个概念，是 Van Kampen 于 1981 年提出的，它指的是
介于微观与宏观之间的状态。介观尺度通常使用纳米作为度量单位。介观模拟则
指通过计算机模拟来确定介观模型的性质、形貌结构及其演变过程等，为快速
分子动力学和慢速宏观热力学建立起了联系的桥梁。常见的介观模拟方法有动
态密度泛函理论 (Dynamic Density Functional Theory，DDFT)、自洽场理论 (Self-
Consistent Field Theory，SCFT)、粗粒化分子动力学（Coarse-GrainedMolecular
Dynamics，CG-MD）以及耗散粒子动力学 (Dissipative Particle Dynamics，DPD) 等。
其中，DPD 采用软势能和粗粒化方法，在聚合物领域表现出高的计算效率和准
确的计算结果，广泛应用于生物医药及环保等领域。
分子动力学通过对牛顿力学方程求解得到体系中粒子的运动轨迹来反应体系
的各种宏观性质，如能量、压力、黏度以及粒子的空间分布等。Ren 等利用分子
动力学模拟，使用 NPT（原子数、压力、温度恒定）系综，在 300K 的温度下运
行 100ns，从分子水平系统地研究了壳聚糖和石墨烯量子点的相互作用，高碱性
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