Modellazione accurata di strutture nanohelical è importante per gli studi di simulazione predittiva che portano a nuove applicazioni delle nanotecnologie. Attualmente, i pacchetti software ei codici sono limitati nella creazione di modelli elicoidali atomistico. Vi presentiamo due procedure volte a creare modelli nanohelical atomistici per le simulazioni, e un'interfaccia grafica per rafforzare la ricerca attraverso la visualizzazione.
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Articolo metodologico
Nanohelices scalabili per predittivi Studi e migliorata visualizzazione 3D
In questo articolo
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Sommario
Abstract
Materiali primaverile sono onnipresenti in natura e di interesse nel campo delle nanotecnologie per la raccolta di energia, stoccaggio di idrogeno, e applicazioni di rilevamento biologico. Per simulazioni predittive, è diventato sempre più importante essere in grado di modellare la struttura del nanohelices precisione. Per studiare l'effetto della struttura locale sulle proprietà di queste geometrie complesse si deve sviluppare modelli realistici. Fino ad oggi, i pacchetti software sono piuttosto limitati nella creazione di modelli elicoidali atomistico. Questo lavoro si concentra sulla produzione di modelli atomistici di vetro di silice (SiO 2) nanoribbons e nanosprings di dinamica molecolare (MD) simulazioni. Utilizzando un modello MD di "bulk" di vetro di silice, due procedure di calcolo per creare con precisione la forma di nanoribbons e nanosprings sono presentati. Il primo metodo utilizza il linguaggio di programmazione e il software open-source AWK per scolpire in modo efficace varie forme di nanoribbons silice dal imodello di massa nitial, con dimensioni desiderate ed equazioni parametriche per definire un elica. Con questo metodo, accurati nanoribbons silice atomistiche possono essere generati per un intervallo di valori del passo e dimensioni. Il secondo metodo prevede un codice più robusto che consente flessibilità nelle strutture modellazione nanohelical. Questo approccio utilizza un codice C ++ particolare scritta per implementare metodi di pre-screening nonché le equazioni matematiche per un'elica, con conseguente maggiore precisione ed efficienza durante la creazione di modelli nanospring. Utilizzando questi codici, ben definiti e nanoribbons scalabili e nanosprings adatti per le simulazioni atomistiche possano essere effettivamente creati. Un valore aggiunto in entrambi i codici open-source è che possono essere adattate per riprodurre diverse strutture elicoidali, indipendentemente dal materiale. Inoltre, un'interfaccia utente grafica MATLAB (GUI) è utilizzato per migliorare l'apprendimento attraverso la visualizzazione e l'interazione di un utente generico con l'elicottero atomisticastrutture cal. Una applicazione di questi metodi è il recente studio di nanohelices via MD simulazioni per scopi di energy harvesting meccanici.
Introduzione
Nanostrutture elicoidali sono tipicamente prodotti in laboratorio utilizzando vapori chimici tecniche di deposizione 1-2, mentre nuovi approcci sono stati riportati in letteratura 3. In particolare nanosprings e nanoribbons sono stati studiati per le loro proprietà distinte e promettenti applicazioni in sensori, ottica e dispositivi elettromeccanici e fluidici 4-7. Metodi di sintesi sono stati segnalati per la produzione di silice (SiO 2) nanoribbons, rendendo queste strutture potenziali unità blocco di costruzione per sistemi gerarchici. Sintesi Romanzo di nanosprings silice 3D ha ampliato le proprie applicazioni per chemi....
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Protocollo
1. Preparazione NanospringCarver file e avvio MATLAB su un PC Linux
Le seguenti operazioni sono progettati per un utente generico di utilizzare i file forniti linea 26.
- Scompattare l'archivio di file nanosprings.tar.gz nella "Home" o un'altra directory preferita.
- Scaricare l'archivio di file nanosprings.tar.gz dal repository web 26.
- Individuare l'archivio scaricato e spostarlo in una directory di lavoro preferito dal titolo "Documenti / nanosprings".
- Fare clic destro nanosprings.tar.gz e selezionare "Estrai qui"....
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Risultati
I modelli nanoribbon atomistici creati con la prima procedura di calcolo (codice nanoribbons) e le loro dimensioni associate sono mostrati nella Figura 9. I modelli nanospring risultante utilizzando la seconda procedura di calcolo (codice nanosprings) e dimensioni associate sono mostrati in Figura 10.
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Discussione
Modifica del metodo originale per creare strutture nanohelical portato allo sviluppo di due codici distinti per consentire la creazione di entrambi nanoribbons e nanosprings da una massa di silice modello iniziale vetro MD. La verifica dei modelli nanoribbon silice e nanospring è stato perseguito utilizzando diversi pacchetti software 19-20, che hanno confermato la loro precisione dimensionale all'interno della capacità di misura dei programmi. Confronto tra nanosprings e nanoribbons è stata effettuata an.......
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Dichiarazioni
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari in competizione.
Ringraziamenti
Gli autori vogliono ringraziare Tim Allis alla UC Merced per la sua assistenza in questo progetto. Il programma NSF-MONETE a UCM supportato (KAM) in una prima parte di questo lavoro. Un premio NSF-Brige supportato co-autori (BND e KAM), fornendo i fondi per questo lavoro e le spese di viaggio per le conferenze.
Il gruppo di ricerca desidera ringraziare in primo luogo la National Science Foundation per il finanziamento di questo lavoro attraverso un premio Brige. Questo materiale si basa su lavori sostenuta dalla National Science Foundation sotto Grant No 1.032.653.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Software di calcolo numerico MATLAB | Mathworks | http://www.mathworks.com/products/matlab/description1.html | Vedi Introduzione al protocollo e riferimento [24] |
| Codice e file del programma NanospringCarver | UC Merced - open source | http://tinyurl.com/qame8dj | Vedere la Sezione 1 del Protocollo (Passaggio 1.2) e il riferimento [26] |
| File GUI MATLAB | UC Merced - open source | http://tinyurl.com/qame8dj | Vedere la Sezione 1 del Protocollo (Passaggio 1.2) e il riferimento [26] |
| File di input in vetro bulk atomistico | UC Merced - open source | http://tinyurl.com/qame8dj | Vedere la sezione 1 del protocollo (passaggio 1.2) e il riferimento [26] |
| Software di visualizzazione IFrIT | Software open source | http://sites.google.com/site/ifrithome/ | Vedere la sezione 3 del protocollo e il riferimento [19] |
| Software di dinamica molecolare LAMMPS | Software | open sourcehttp://lammps.sandia.gov/ | Vedi Protocollo Sezione 4 e Riferimento [32] |
Riferimenti
- Gao, P. X., et al. Conversion of zinc oxide nanobelts into superlattice-structured nanohelices. Science. 309 (5741), 1700-1704 (2005).
- McIlroy, D. N., Zhang, D., Kranov, Y., Norton, M. G. Nanosprings. Appl. Phys. Lett. 79 (10), 1540-1542 (2001).
- He, Y., et al.
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Ristampe e permessi
Errata corrige
Formal Correction: Erratum: Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization
Posted by JoVE Editors on 1/01/1970. Citeable Link.
A correction was made to Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization. Online article is missing its 29th author reference.
The reference section has added:
29. MathWorks. Use and create MATLAB MEX-files [Internet]. [Massachusetts]: MathWorks; [cited 2013 May 30]. Available from: http:// www.mathworks.com/help/matlab/call-mex-files-1.html (2014).
