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化学分析与检测技术
Chemical Analysis and Detection Techniques

LAMMPS 利用不同边界条件和势函数来模拟全原子、金属、聚合物体系，
实现分子动力学计算，应用于分子动力学所涉及的领域，如金属、聚合物、全原
子、生物、粗粒化体系的模拟，具有提供支持多种势函数、应用范围广且具有良
好的并行扩展性的特点。

而在这众多的模拟软件中，MaterialsStudio（MS）软件在材料科学等相关领
域展现出强大的功能。
（三）分子模拟技术发展简史
分子模拟是在量子力学和分子力学的基础上发展起来的。量子力学起源于
1926 年 SchröSdinger 提出的著名的波动方程，即薛定谔方程；1927 年 Heitler

和 London 即用该方程求解氢分子的轨道，从而出现了量子化学；在此基础上，
LinusPauling 于 1931 年提出了著名的价键理论，并因此获得了 1954 年诺贝尔
化学奖。鉴于薛定谔方程求解的复杂性，许多近似方法被不断开发出来。1953

年 Pople 提出电子体系的分子轨道近似理论——即 PPP 方法，1964 年 Kohn 提
出了密度泛函理论，1965 年 Pople 又开发了半经验量子化学计算方法 CNDO 和
INDO，至今仍被广泛应用。随后，Pople 进一步改进半经验算法，通过引入斯莱
特型函数和高斯型函数组成的基组来模拟波函数，发展了非经验即从头（abinitio）

计算方法，并将其工具化，于 1970 年推出了现今应用最广泛的量子化学计算程
序包——Gaussian 软件。Kohn 和 Pople 因其在量子化学方面的贡献获得了 1998
年诺贝尔化学奖。
分子力学的最初思想是 1930 年由 Andrews 提出，1946 年 Westheimer 和 Hill

等人各自独立完成了第一次分子力学计算，但当时计算机尚不存在；1957 年
Alder 和 Wainwright 报道了世界上第一例分子动力学模拟。1965 年，Allinger 等
开发出计算程序并用计算机来进行分子结构优化，这个采用经验势函数的分子力
学方法叫做 MM1，此后他们又相继推出了 MM2 等不同版本。第一个有实际意

义的分子动力学模拟是 1971 年由 Rahman 和 Stillinger 合作模拟的液态水的动力
学行为。但上述研究主要还是针对化学小分子体系。
生物大分子体系的分子模拟则起源于 1967 年以色列魏茨曼研究所 Lifson 提
出的 CFF(consistentforcefield）力场，该力场试图用一个简化的势函数来模拟任

何分子体系的性质。当时 Warshel 是 Lifson 的博士研究生，而 Levitt 刚大学毕业，
于 1967 年 l0 月到 Lifson 实验室进行为期一年的访问研究，他们一起编写了 CFF

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