液晶材料MBBA的分子动力学模拟

论文摘要

液晶是有别于液态和晶态的一种独立的物质形态,它既具有液体的流动性,又具有晶体的各向异性。MBBA属于向列相液晶的一种,它的头部刚性很强,而它的尾部很柔软,很容易旋转和摆动。本文用分子动力学模拟软件TINKER,对MBBA这种酰碱类液晶进行模拟。对液晶材料的研究已经有100多年的历史了,现在,在生活的各个方面液晶已经得到了广泛的应用,所以,对液晶的研究意义重大。但是目前大多数有关液晶的研究是从宏观的角度进行的,而宏观性质是由微观结构和相互作用决定的。本文采用分子动力学模拟的方法从微观角度研究液晶分子的行为,希望能从微观的角度说明宏观问题。这样的研究方法能够更加接近液晶的微观细节,反映出液晶材料的更加丰富的信息。我们考虑了一个包含216个MBBA液晶分子的模型,作为分子动力学模拟的初始模型,把它放在一个4.5n m ? 4.5n m ? 4.5nm的周期性盒子里,采用NPT系综,充分驰豫后系统达到平衡。对数据的分析主要有三个方面:(1) MBBA的径向分布函数。(2)各分子与指向矢的夹角分布。(3)分子所在平面之间夹角分布。通过MD模拟我们发现,MBBA分子所在平面之间的夹角多为90度,而不是互相平行。这样的相互取向与我们用量子化学计算方法得到的苯环之间的最低能量取向是一致的。MBBA分子间的这种取向关系对这种液晶分子的各种性质会有重要影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 液晶理论基础
• 1-1-1 液晶的分类
• 1-1-2 液晶的指向矢
• 1-1-3 有序参数
• §1-2 分子模拟方法
• 1-2-1 蒙特卡洛方法
• 1-2-2 分子力学方法
• 1-2-3 量子力学方法
• 1-2-4 分子动力学方法
• 第二章 分子动力学模拟
• §2-1 分子动力模拟计算的原理
• 2-1-1 经典力学基础
• 2-1-2 分子力场
• 2-1-3 周期性边界条件与最近镜像
• 2-1-4 平衡系统分子动力学模拟的系综
• §2-2 分子动力模拟的应用
• 2-2-1 分子动力学模拟的一般步骤
• 2-2-2 处理周期性边界条件的实例
• 第三章 本文工作
• §3-1 液晶分子MBBA 的分子动力学模拟
• 3-1-1 构建模型及结构优化
• 3-1-2 用TINKER 模拟液晶分子 MBBA
• §3-2 数据分析处理
• 3-2-1 径向分布函数
• 3-2-2 各分子与指向矢的夹角分布及液晶分子序参量的求解
• 3-2-3 分子所在平面之间夹角分布
• 3-2-4 小结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果