Artículo de método

Nanohelices escalables para estudios predictivos y mejorada visualización 3D

DOI:

10.3791/51372

⸱

12 de noviembre de 2014

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1Materials Science and Engineering, School of Engineering, University of California Merced, 2Computer Science and Engineering, School of Engineering, University of California Merced

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Resumen

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El modelado preciso de las estructuras nanohelical es importante para los estudios de simulación predictiva que conducen a nuevas aplicaciones de la nanotecnología. Actualmente, los paquetes de software y los códigos están limitadas en la creación de modelos helicoidales atomistas. Se presentan dos procedimientos diseñados para crear modelos nanohelical atomistas para las simulaciones, y una interfaz gráfica para mejorar la investigación a través de la visualización.

Resumen

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Materiales elásticos como son omnipresentes en la naturaleza y de interés en la nanotecnología para la captación de energía, almacenamiento de hidrógeno, y aplicaciones de detección biológicos. Para las simulaciones de predicción, se ha convertido cada vez más importante para ser capaz de modelar la estructura de nanohelices precisión. Para estudiar el efecto de la estructura local de las propiedades de estas geometrías complejas hay que desarrollar modelos realistas. Hasta la fecha, los paquetes de software son bastante limitadas en la creación de modelos helicoidales atomistas. Este trabajo se centra en la producción de modelos atomistas de vidrio de sílice (SiO2) nanocintas y nanosprings de dinámica molecular (MD) simulaciones. El uso de un modelo de MD de "mayor" de vidrio de sílice, dos procedimientos de cálculo para crear precisamente la forma de nanocintas y nanosprings se presentan. El primer método emplea el lenguaje de programación de código abierto y el software AWK para tallar eficazmente varias formas de nanocintas sílice de la imodelo de mayor nitial, utilizando dimensiones deseadas y ecuaciones paramétricas para definir una hélice. Con este método, precisos nanocintas sílice atomizados pueden ser generados para un rango de valores de tono y dimensiones. El segundo método consiste en un código más robusto que permite flexibilidad en las estructuras de modelado nanohelical. Este enfoque utiliza un código de C ++ especialmente escrito para implementar los métodos de pre-selección, así como las ecuaciones matemáticas para una hélice, lo que resulta en una mayor precisión y eficiencia al crear modelos nanospring. El uso de estos códigos, bien definidos y nanocintas escalables y nanosprings adecuados para simulaciones atomista se pueden crear de manera efectiva. Un valor añadido en ambos códigos de fuente abierta es que pueden ser adaptados para reproducir diferentes estructuras helicoidales, independientes de material. Además, una interfaz gráfica de usuario de MATLAB (GUI) se utiliza para mejorar el aprendizaje a través de la visualización y la interacción de un usuario general con el heli atomistaestructuras cal. Una aplicación de estos métodos es el reciente estudio de nanohelices través MD simulaciones con fines de aprovechamiento de la energía mecánica.

Introducción

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Nanoestructuras helicoidales se producen típicamente en el laboratorio usando técnicas de deposición química de vapor de 1-2, mientras que los nuevos enfoques han sido reportados en la literatura 3. En particular nanosprings y nanocintas han sido estudiadas debido a sus distintas propiedades y aplicaciones prometedoras en sensores, óptica y dispositivos electromecánicos y de fluidos 4-7. Métodos de síntesis se han reportado para producir sílice (SiO 2) nanocintas, haciendo que estas estructuras de unidades de bloques de construcción potenciales para los sistemas jerárquicos. Síntesis Novela de nanosprings sílice 3D ha ampli....

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Protocolo

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1. Preparación NanospringCarver archivos e inicio de MATLAB en un PC LINUX

Los siguientes pasos están diseñados para un usuario general para hacer uso de los archivos proporcionados en línea 26.

  1. Descomprimir el archivo archivo nanosprings.tar.gz en el "Inicio" o otro directorio preferido.
    1. Descargue el archivo de ficheros del repositorio nanosprings.tar.gz 26 web.
    2. Busque el archivo descargado y moverlo a un directorio de trabajo preferido titulado "Documentos / Nanosprings".
    3. Haga clic derecho y seleccione nanosprings.tar.gz "ext....

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Resultados

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Los modelos nanocinta atomísticos creados con el primer procedimiento computacional (código nanocintas) y sus dimensiones asociadas se muestran en la Figura 9. Los modelos resultantes nanospring utilizando el segundo procedimiento de cálculo (código nanosprings) y las dimensiones asociadas se muestran en la Figura 10.

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Discusión

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Modificación del enfoque original para crear estructuras nanohelical llevado al desarrollo de dos códigos distintos para permitir la creación de ambos nanocintas y nanosprings de un modelo inicial MD vidrio de sílice a granel. Fue perseguido La verificación de los modelos nanocinta sílice y nanospring utilizando diferentes paquetes de software de 19 a 20, que confirmó su precisión dimensional dentro de la capacidad de medición de los programas. Comparación entre nanosprings y nanocintas también se llevó a cab.......

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Divulgaciones

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Los autores declaran que no tienen intereses financieros en competencia.

Agradecimientos

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Los autores quieren dar las gracias a Tim Allis en UC Merced por su ayuda en este proyecto. El programa de la NSF-monedas en la UCM soportado (KAM) en una primera parte de este trabajo. Un premio NSF-BRIGE apoyó coautores (BND y KAM), la provisión de fondos para este trabajo y los gastos de viaje a las conferencias.

El grupo de investigación desea agradecer principalmente la Fundación Nacional de la Ciencia para la financiación de este trabajo a través de un premio BRIGE. Este material está basado en trabajo apoyado por la National Science Foundation con la subvención No. 1.032.653.

....

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Software de computación numérica de MATLABMathworkshttp://www.mathworks.com/products/matlab/description1.htmlVer Introducción y Referencia del Protocolo [24]
Código y archivos del programa NanospringCarverUC Merced - código abiertohttp://tinyurl.com/qame8djConsulte la Sección 1 del protocolo (Paso 1.2) y la referencia [26]
Archivos GUI de MATLABUC Merced - código abiertohttp://tinyurl.com/qame8djConsulte la Sección 1 del protocolo (Paso 1.2) y la referencia [26]
Archivo de entrada de vidrio masivo atomísticoUC Merced - código abiertohttp://tinyurl.com/qame8djVéase la Sección 1 del Protocolo (Paso 1.2) y la Referencia [26]
Software de visualización IFrITSoftware de código abiertohttp://sites.google.com/site/ifrithome/Véase la Sección 3 del Protocolo y la Referencia [19]
Software de dinámica molecular LAMMPSSoftwarede código abiertohttp://lammps.sandia.gov/Véase la Sección 4 del Protocolo y la Referencia [32]

Referencias

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  1. Gao, P. X., et al. Conversion of zinc oxide nanobelts into superlattice-structured nanohelices. Science. 309 (5741), 1700-1704 (2005).
  2. McIlroy, D. N., Zhang, D., Kranov, Y., Norton, M. G. Nanosprings. Appl. Phys. Lett. 79 (10), 1540-1542 (2001).
  3. He, Y., et al.

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Reimpresiones y permisos

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Erratum

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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).

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