Präzise Modellierung nanohelical Strukturen ist wichtig für Simulations-Vorhersage Studien, die zu neuartigen Anwendungen der Nanotechnologie. Derzeit werden Software-Pakete und Codes bei der Schaffung von atomistischen Helixmodelle beschränkt. Wir präsentieren zwei Verfahren entwickelt, um atomistische nanohelical Modelle für Simulationen zu erstellen, und eine grafische Oberfläche, die Forschung durch Visualisierung zu verbessern.
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Methodenartikel
Skalierbare Nanohelices für Predictive Studies und Enhanced 3D-Visualisierung
In diesem Artikel
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Zusammenfassung
Zusammenfassung
Federartigen Materialien sind in der Natur allgegenwärtig und Interesse an der Nanotechnologie für Energy Harvesting, Wasserstoffspeicher und biologische Sensoranwendungen. Zur vorausschauenden Simulationen wurde es zunehmend wichtig, in der Lage, die Struktur der Nanohelices genau zu modellieren. Um die Wirkung der lokalen Struktur auf die Eigenschaften dieser komplexen Geometrien muss man realistische Modelle entwickeln zu studieren. Bisher sind Software-Pakete eher bei der Schaffung atomistischen Helixmodelle beschränkt. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Herstellung von atomistischen Modellen aus Quarzglas (SiO 2) Nanobänder und nano für Molekulardynamik (MD) Simulationen. Verwendung eines MD-Modell "bulk" Quarzglas, zwei Rechenverfahren, die Form der Nanobänder und nano gerade erstellt werden vorgestellt. Die erste Methode verwendet die AWK Programmiersprache und Open Source-Software, um effektiv zu schnitzen verschiedenen Formen von Siliciumdioxid-Nanobänder aus dem initial Großmodell mit gewünschten Abmessungen und parametrische Gleichungen, um eine Spirale zu definieren. Mit diesem Verfahren kann eine genaue atomistischen Silica-Nanobänder für eine Reihe von Tonhöhenwerten und Abmessungen erzeugt werden. Das zweite Verfahren beinhaltet eine robustere Code, der in der Modellierung nanohelical Strukturen Flexibilität ermöglicht. Dieser Ansatz verwendet einen C ++ Code geschrieben werden, um besonders Pre-Screening-Methoden sowie die mathematischen Gleichungen für eine Helix zu implementieren, was zu einer höheren Präzision und Effizienz bei der Erstellung nanospring Modellen. Verwendung dieser Codes, gut definierte und skalierbare Nanobänder und nano für atomistische Simulationen geeignet effektiv erzeugt werden. Ein Mehrwert in beiden Open-Source-Codes ist, dass sie an unterschiedliche Helixstrukturen, unabhängig von Material zu reproduzieren. Zusätzlich ist ein MATLAB grafische Benutzeroberfläche (GUI) verwendet, zur Verbesserung des Lernens durch Visualisierung und Interaktion für einen allgemeinen Benutzer mit der atomistischen Helical Strukturen. Eine Anwendung dieser Methoden ist die aktuelle Studie von Nanohelices über MD-Simulationen für mechanische Energie Erntezwecken.
Einleitung
Helikalen Nanostrukturen werden typischerweise im Labor unter Verwendung von chemischen Dampfabscheidungstechniken 1-2, während neue Ansätze sind in der Literatur 3 gemeldet. Insbesondere nano und Nanobänder wurden aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften und vielversprechende Anwendungen in Sensoren, Optik und elektromechanische und fluidische Geräte 4-7 untersucht. Es wurden Syntheseverfahren berichtet, Siliciumdioxid (SiO 2) Nanobänder zu erzeugen, so dass diese Strukturen Potential Baustein Einheiten für hierarchische Systeme. Neuartige Synthese von 3D Kieselsäure nano hat ihre Anwendungen auf Chemoresistoren erwe....
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Protokoll
1. Vorbereiten NanospringCarver Dateien und Starten von MATLAB auf einem Linux-PC
Die folgenden Schritte sind für einen allgemeinen Benutzer entwickelt, um die Verwendung der Dateien online 26 vorzunehmen.
- Entpacken Sie die Datei nanosprings.tar.gz Archiv in das "Home" oder einer anderen bevorzugten Verzeichnis.
- Laden Sie die nanosprings.tar.gz Dateiarchiv aus dem Web Repository 26.
- Suchen Sie die heruntergeladene Archiv und verschieben Sie sie in einer bevorzugten Arbeitsverzeichnis mit dem Titel "Dokumente / nano".
- Rechts-Klick nanosp....
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Ergebnisse
Atomistischen Nanoband-Modelle mit der ersten Rechenverfahren (Nanobänder Code) erzeugt und ihre zugehörigen Maße sind in 9 gezeigt. Die resultierenden nanospring Modelle unter Verwendung der zweiten Berechnungsverfahren (nano code) und die zugehörigen Abmessungen sind in Abbildung 10 dargestellt.
Abbi.......
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Diskussion
Änderung der ursprünglichen Ansatz zur nanohelical Strukturen führte zur Entwicklung von zwei unterschiedlichen Codes, um die Erstellung der beiden Nanobändern und nano von einem Anfangsgroß Quarzglas MD-Modell ermöglichen erstellen. Die Verifikation der Kieselsäure Nanoband und nanospring Modellen wurde mit verschiedenen Softwarepaketen 19-20, die ihre Dimensionsgenauigkeit innerhalb der Messfähigkeit der Programme bestätigt verfolgt. Vergleich zwischen nano und Nanobändern wurde auch durch die Überlagerung .......
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Offenlegungen
Die Autoren erklären, dass sie keine konkurrierenden finanziellen Interessen.
Danksagungen
Die Autoren wollen Tim Allis für seine Unterstützung bei diesem Projekt danken an der UC Merced. Die NSF-MÜNZEN-Programm an der UCM unterstützt (KAM) in einem frühen Teil dieser Arbeit. Eine NSF-BRIGE Auszeichnung unterstützt Co-Autoren (BND und KAM), die Bereitstellung von Mitteln für diese Arbeit und Reisekosten zu Konferenzen.
Die Forschungsgruppe möchte vor allem die National Science Foundation für die Finanzierung dieser Arbeit über eine BRIGE Auszeichnung anzuerkennen. Dieses Material basiert auf der Arbeit von der National Science Foundation unter Grant No 1032653 unterstützt wird.
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Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| MATLAB numerische Rechensoftware | Mathworks | http://www.mathworks.com/products/matlab/description1.html | Siehe Protokolleinführung und Referenz [24] |
| NanospringCarver Programmcode und Dateien | UC Merced - open source | http://tinyurl.com/qame8dj | Siehe Protokoll Abschnitt 1 (Schritt 1.2) und Referenz [26] |
| MATLAB GUI-Dateien | UC Merced - Open Source | http://tinyurl.com/qame8dj | Siehe Protokoll Abschnitt 1 (Schritt 1.2) und Referenz [26] |
| Atomistische Bulk-Glas-Eingabedatei | UC Merced - Open Source | http://tinyurl.com/qame8dj | Siehe Protokoll Abschnitt 1 (Schritt 1.2) und Referenz [26] |
| IFrIT Visualisierungssoftware | Open-Source-Software | http://sites.google.com/site/ifrithome/ | Siehe Protokoll Abschnitt 3 und Referenz [19] |
| LAMMPS Molekulardynamik-Software | Open-Source-Software | http://lammps.sandia.gov/ | Siehe Protokoll Abschnitt 4 und Referenz [32] |
Referenzen
- 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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Nachdrucke und Genehmigungen
Erratum
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).
