Simuleringer av polymerer og kolloider med molekyldynamikk - rapport fra forskningstermin 2013/2014

Abstract

Molekyldynamikk (MD) er datasimulering av fysiske bevegelser av atomer og molekyler, og benytter Newtons bevegelseslover i et såkalt kraftfelt. Denne rapporten beskriver ett års erfaring med bruk av programsystemet Materials Studio, som er lisensiert av Universitetet i Oslo. Programsystemet brukes i slike simuleringer for å beregne blant annet interaksjonenergier, adsorpsjon, diffusjon og mekaniske egenskaper. Det er foretatt beregninger på epoksypolymersystemer og høyenergi-polymerer som brukes i rakettdrivstoffer. Det er også foretatt simuleringer av polymerstruktur og adsorpsjon i nanokompositter av karbon nanorør og grafen for å undersøke mulighetene for stabilisering i vann og organiske løsningsmidler. Simuleringene er foretatt både på en vanlig rask PC og på dataclusteret Stallo ved Universitetet i Tromsø. Det siste gjør det mulig å utføre beregninger som ellers ville tatt veldig lang tid på en vanlig PC. Resultatene viser at dette er lovende metoder og at teknologien har gått kraftig framover både software- og hardwaremessig den senere tiden, men at det enda er utfordringer med å få til realistiske beregninger.

Molecular dynamics (MD) is computer simulation of atoms and molecules and uses Newton’s laws of motion in a so-called Force Field. In this report I describe one year’s experience with the program system Materials Studio in such simulations for the calculation of among others interaction energies, adsorption, diffusion and mechanical properties. Calculations have been performed on epoxy polymers and high energy polymers that are used in rocket propellants. Also, simulations have been done of polymer structure and adsorption in nano composites of carbon nanotubes and graphene, in order to investigate the possibilities of stabilizing these in water and organic solvents. The simulations have been done on an ordinary fast PC and on the Stallo computer cluster at the University of Tromsø. The latter facilitates computations that otherwise would have taken a very long time. The results show that these are promising methods and that the technology has progressed considerably both in software and hardware in recent years. Still, there are challenges in order to obtain realistic calculations.