LAMMPS模拟:甲烷与水的竞争吸附及循环(Matlab实现)

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本文介绍了如何使用LAMMPS和Matlab结合,模拟甲烷与水分子在表面上的竞争吸附及循环过程。通过定义模拟系统、控制LAMMPS运行的Matlab脚本,研究不同条件下吸附行为的变化。循环模拟有助于理解吸附行为,为材料科学和化学研究提供理论依据。

LAMMPS模拟:甲烷与水的竞争吸附及循环(Matlab实现)

引言:
吸附是一种广泛应用于材料科学和化学领域的重要现象。在研究吸附行为时,了解不同气体分子之间的相互作用是至关重要的。本文将介绍如何使用LAMMPS(Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator)软件包,在Matlab环境下实现甲烷和水分子的竞争吸附以及循环过程。

材料和方法:
LAMMPS是一种广泛应用于分子动力学模拟的开源软件包,它被用于模拟原子、分子和其他粒子集合的系统。在本研究中,我们将结合Matlab和LAMMPS来模拟甲烷和水分子在表面上的吸附过程。

首先,我们需要定义模拟系统的结构。在LAMMPS中,可以通过创建数据文件来定义原子的初始位置、速度和力场参数。以下是一个示例数据文件:

# 系统设置
units	real
atom_style	full

# 定义原子类型
read_data system.data

# 力场参数
pair_style lj/cut/coul/long 10.0
bond_style harmonic
angle_style harmonic

# 定义模拟盒子尺寸
region	box block 0 10 0 10 0 10
create_box	1 box
create_atoms	1 box

# 定义原子间相互作用参数
mass	1	12.011
pair_coeff	1	1	0.0660	3.5000
bond_coeff	1	450.0000	1.0900
angle_coeff	1	55.0000	109.5000

上述代码中,我们定义了一个正方

### LAMMPS 模拟液滴润湿表面并使用 MATLAB 进行铺展长度统计 #### 使用 LAMMPS 模拟液滴润湿行为 为了研究液滴在固体表面上的润湿行为,可以通过LAMMPS分子动力学模拟软件来进行液滴模拟。该过程涉及设置合适的模型参数和边界条件,以确保能够准确反映实际物理现象。 - **建立初始配置**:创建包含液体粒子和固态底物的系统结构文件。通常采用面心立方晶格作为固体基底,并在其上方放置一定数量的分子或其他类型的流体颗粒。 - **定义相互作用势能函数**:指定不同原子间的力场参数,比如Tersoff、EAM或LJ等势能形式来描述物质间的作用力[^2]。 - **施加周期性边界条件**:除了垂直于界面的方向外,在其他两个维度上应用PBC(Periodic Boundary Conditions),从而减少边缘效应的影响。 完成上述准备工作之后启动仿真运行一段时间直至达到平衡状态;在此期间记录下每一时刻体系内各组分的位置坐标信息用于后续分析处理。 #### 利用MATLAB计算铺展长度及其平均值 当获取到了来自LAMMPS输出的数据集后,则可借助MATLAB强大的数值运算能力对其进行深入挖掘: ```matlab % 假设 'data' 是一个 N×3 的矩阵, 表示N个时间点下的三维位置向量. function avg_spread_length = calculate_average_spread(data) spread_lengths = zeros(size(data, 1), 1); % 对每一个时间步求解最大距离 (即为当前时刻的铺展半径). for i = 1:size(data, 1) positions = data{i}; % 获取第i个时间步的所有质点位置 max_distance = 0; % 寻找最远离原点(假设为中心)的最大距离. for j = 1:size(positions, 1) distance_from_center = norm([positions(j, :)]); if(distance_from_center > max_distance) max_distance = distance_from_center; end end spread_lengths(i) = max_distance * 2; % 将其转换成直径表示法. end % 计算所有时间步长上的平均铺展长度. avg_spread_length = mean(spread_lengths); end ``` 这段代码实现了从给定的时间序列数据集中提取每个时间点处液滴的最大扩展范围,并最终得出整个时间段内的平均铺展长度[^1]。
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