Summary
Точная моделирование nanohelical структур имеет важное значение для прогнозирования исследований моделирования ведущих к новым приложениям нанотехнологий. В настоящее время, пакеты программного обеспечения и коды ограничены в создании атомистических спиральные модели. Мы представляем две процедуры, направленные на создание атомистических модели nanohelical для моделирования, и графический интерфейс для расширения научных исследований через визуализацию.
Abstract
Весенние-как материалы широко распространены в природе и интерес в области нанотехнологий для сбора энергии, хранения водорода, и приложений биологических зондирования. Для прогнозирования моделирования, она становится все более важным, чтобы иметь возможность моделировать структуру nanohelices точно. Для изучения влияния локальной структуры на свойства этих сложных геометрий необходимо разработать реалистичные модели. На сегодняшний день, пакеты программного обеспечения весьма ограничены в создании атомистических спиральные модели. Эта работа сосредоточена на производстве атомистических модели кварцевого стекла (SiO 2) наноленты и нанопружины для молекулярной динамики (МД) моделирования. Использование MD модель "масса" из кварцевого стекла, двух вычислительных процедур точно сформировать форму нанолент и нанопружины представлены. Первый метод использует язык программирования с открытым исходным кодом AWK эффективно вырезать различные формы кремнезема нанолент с Initial основная модель, используя желаемые размеры и параметрические уравнения для определения спираль. С помощью этого метода, точные атомистические наноленты кремнезема могут быть сгенерированы для диапазона значений основного тона и размеров. Второй способ предполагает более надежный код, который позволяет гибко моделирование nanohelical структур. Этот подход использует C ++ код в частности письменное, чтобы внедрить методы предварительного отбора, а также математические уравнения для спирали, что приводит к большей точности и эффективности при создании модели nanospring. Используя эти коды, четко определены и масштабируемые наноленты и нанопружины подходят для атомистического моделирования может быть эффективно созданы. Добавленная стоимость в обоих кодов с открытым исходным кодом, что они могут быть адаптированы воспроизводить различные спиральные структуры, независимо от материала. Кроме того, MATLAB графический интерфейс пользователя (GUI) используется для повышения качества обучения посредством визуализации и взаимодействия для обычного пользователя с атомистической вертолетаские структуры. Одно из применений этих методов является недавнее исследование nanohelices через МД для механических целей сбора энергии.
Introduction
Спиральные наноструктуры обычно получают в лаборатории с использованием методики 1-2 химического осаждения из паровой, в то время как новые подходы были описаны в литературе 3. В частности нанопружины и наноленты были изучены из-за их различных свойств и перспективных приложений в датчиков, оптики и электромеханических и жидкостных устройств 4-7. Методы синтеза были зарегистрированы для получения кремния (SiO 2) наноленты, что делает эти структуры потенциальных строительный блок единиц для иерархических систем. Роман синтез 3D кремнезема нанопружины расширила свои приложения на хеморезисторы когда покрыты ZnO 8 или наночастиц для диагностики приложений 9-10.
Экспериментальные исследования механических свойств кремния нанопружины и нанолент не хватает, прежде всего, из-за существующих ограничений в манипуляционных и тестирования методов и оборудовант. Расследование наномеханики наноструктур и нанопружины сообщалось, используя теорию и моделирования 11-14. Некоторые расчеты 13 были сосредоточены на наномеханического поведения аморфных нанопружины, потому что они могут исследовать режимы не полностью доступные с помощью экспериментов. Атомистическое исследования металлических нанопружины были зарегистрированы в литературе исследована зависимость размера упругих свойств 15, а в последнее время в наномеханика из спиральной кристаллического диоксида кремния наноструктур 14. Экспериментальная проверка nanospring структур также были выполнены из различных материалов, таких как винтовых углеродных наноструктур и углеродные nanocoils 16-17. Несмотря накопленный к настоящему моменту, более полное понимание механических свойств этих новых наноструктур необходим для будущих усилий Наноустройство изготовления.
Как MD исследований кварцевого гЛасс (не кристаллический кремнезем) nanohelices все еще весьма ограничены, атомная моделирование таких структур требует создания специализированных кодов. Никакие другие альтернативные методы создания кварцевого стекла спиральные модели MD не были определены до сих пор на недавнем поиска литературы. В этой работе, снизу вверх, чтобы атомистической моделирования винтовых кварцевого стекла наноструктур в том числе нанопружины и нанолент преследуется для будущих крупномасштабных MD наномеханических моделирования. Общий подход предполагает создание "объемной" стеклянной модели кремнезема MD, как сообщалось ранее 18, и вырезая различные спиральные наноструктуры из этого «объемной» образца через два надежных и адаптируемых компьютерных кодов, разработанных для этой цели. Обе процедуры расчетов предлагают отличный способ создать модели nanoribbon и nanospring с большой эффективностью и атомистического подробно; эти структуры подходят для крупномасштабных атомистического моделирования.Кроме того, настроили графический пользовательский интерфейс используется для облегчения создания и визуализации спиральных структур.
Структура кварцевого стекла модели "насыпной" первоначально создана при комнатной температуре. Крупномасштабные МД проводятся для этой цели, используя Garofalini межатомного потенциала похож на предыдущих исследованиях 18, что является относительно эффективным в вычислительном и подходит для больших систем. Первоначальный "масса" кварцевое стекло структура состоит из кубического модели (14,3 х 14,3 х 14,3 нм 3), которая содержит 192 000 атомов. Кварцевого стекла модель "масса" уравновешивают при 300 К в течение 0,5 нс, чтобы получить начальное состояние с помощью периодических граничных условий.
Два вычислительных процедур разработаны и использованы для создания атомистических кремния nanoribbon и nanospring модели. Первый метод предполагает вырезая кремнезема наноленты от"Основная" структура, используя параметрические уравнения, определяющие спираль, и его геометрия (шаг, радиус спирали, и радиус провода). Эта процедура включает в себя использование языка AWK программирования, операционной системы Linux, и программное обеспечение с открытым исходным кодом для визуализации 19. Общая итерационная процедура для создания атомистических модели нанолент включает: (1) выбор атом в стеклянной модели кремнезема "объемной", (2) вычисления расстояния от выбранного атома в точку в пространстве по заранее определенной спиральной функции, (3) сравнивая эту дистанцию с радиусом желаемой nanoribbon, и (4) утилизацией или сохраняя атом в модели выходных данных. Подробный шаг за шагом описание для данного метода входит в Кодексов Scalable Open-Source дополнительного материала. С помощью этого метода, несколько наноленты кремния были созданы с использованием различных шаг, радиус спирали и радиус nanoribbon значений, которые были впоследствии оцениватьсядля точности против желаемых мерных величин с молекулярного анализа и визуализации программного обеспечения 19-20. Атомистическое модели кремнезема нанолент были получены с функциональными геометрии (высоких значениях поля и низких значений радиуса nanoribbon). Некоторые артефакты, состоящий из атомов исключенных по ошибке, что приводит к менее гладкую поверхность nanoribbon, наблюдались при чрезвычайно высоких значений радиуса nanoribbon и экстремально низких значений основного тона. Аналогичные методы были использованы в процессе создания нанопроводов оксида кремния 21-23.
Второй метод, представленный здесь включает вырезая кремнезема нанопружины от «объемной» структурой кремнезема путем внедрения методов предварительного скрининга с целью повышения эффективности в дополнение к математическим уравнениям для спирали. Эта процедура требуется создание более надежной C ++ код, чтобы позволить большую гибкость в моделировании этих спиральные наноструктуры. Итерационный метод для создания atomisTIC модели нанопружины включает в себя: (1) отбрасывая все атомы гарантированно выходят за спиральной траектории, (2) детерминировано выбора точки на спиральной траектории, (3) сравнение всех атомов в пределах определенного расстояния к этой выбранной точке, и (4 ) утилизацией или хранением каждый атом в модели выходных данных. Шаг за шагом описание для этого метода также включены в коды Open-Source масштабируемой Справочная Материал. С помощью этого метода, несколько моделей кремния nanospring были получены с различными размерами (радиус проволоки, радиус спирали и шаг nanospring) как показано на рисунке 1. Модели Высокоточная кремнезема nanospring были получены эффективно с помощью этого метода, без признаков артефактов, найденных в крайности (низкие и высокие) значения шага для nanospring. Создание и использование графического интерфейса пользователя для этого метода описан в разделе протокола.
Рисунок 1:. Вообще спиральная структура показывая характерные размеры, где г, R и р представляют радиус проволоки, радиус спирали и шаг соответственно H обозначает общую высоту спиральной структуры 23.
Этот протокол описывает, как подготовить NanospringCarver файлов, запуска MATLAB 24 на LINUX 25 ПК, и использовать графический интерфейс пользователя для подготовки атомистических модели nanospring. Эти ранее недоступные модели служат в качестве основы для новых молекулярной динамики (МД) моделирования 23 к инновационной материалы исследований.
Общий шаг за шагом процедуры для создания атомистических модели nanospring предполагает использование следующих элементов: (а) NanospringCarver (. V 0.5 бета) код (открытым кислыйсе в языке Си ++), (б) стекло модель масса кремнезема (входной файл), (в) MATLAB графический интерфейс и связанные с ним файлы, и (d) обеспечение MATLAB (версия 7), используя местную лицензию на Linux PC. Элементы (а) - (с) выше (NanospringCarver кода, кварцевое стекло модели, MATLAB GUI-файлы) можно загрузить бесплатно на сайте 26. MATLAB (Matrix Laboratory) является языком высокого уровня для численных вычислений, визуализации и разработки приложений от MathWorks 24, который в основном используется для визуализации и анализа данных, обработка изображений и вычислительной биологии.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Подготовка NanospringCarver файлов и запуск MATLAB на ПК LINUX
Следующие шаги предназначены для обычного пользователя, чтобы использовать файлы, предусмотренных онлайн 26.
- Распакуйте архив nanosprings.tar.gz файла в "Home" или другом предпочтительном каталоге.
- Скачайте архив nanosprings.tar.gz файла с веб-хранилище 26.
- Найдите загруженный архив и перенести его на привилегированную рабочем каталоге под названием "Документы / нанопружины".
- Щелкните правой кнопкой мыши nanosprings.tar.gz и выберите "извлечь здесь" из контекстного меню правой кнопки мыши.
- Убедитесь, что все необходимые файлы присутствуют в текущем каталоге. Перечень этих файлов и их назначение следующим образом:
Makefile - вручную удалось компиляции файла для nanosprings.cpp и Point.cpp
NanospВнутренние rings.fig -MATLAB GUI
Код Nanosprings.m -MATLAB GUI
Point.cpp - точка (атом) Определение класса
Point.h - точка (атом) Заголовок класса
вырезать - автономные нанопружины исполняемый
example.par - пример файла параметров
glasscube.inp - glasscube файл данных
nanosprings.cpp - главная нанопружины код
nanosprings_diagram.jpg - пример nanospring для отображения
nanospringsmex.cpp - MATLAB-интегрированная nanosprings.cpp
nanospringsmex.mexglx - MATLAB-интегрированная нанопружины исполняемый
Примечание: пользователю нужно будет создать "nanospringsmex.mexglx" исполняемый файл для конкретного Linux машине используется (32-битной версии в данном примере). Если это еще не сделано, проверить доступ к "MEX" компилятора MATLABнабрав в командной строке ", которая MEX" и проверки существования программы. Также проверьте, доступ к программе MATLAB, набрав в командной строке ", которая MATLAB". С помощью командной строки, чтобы ввести "мексиканский nanospringsmex.cpp Point.cpp" создаст "nanospringsmex.mexglx" исполняемый MATLAB-интегрированный NanospringCarver файл, как показано в инструкции ниже. Хотя не требуется для графического интерфейса, при желании автономного версию программы NanospringCarver могут быть созданы, набрав "сделать" в командной строке. Это будет компиляция nanosprings.cpp и программные элементы Point.cpp вместе, чтобы создать "вырезать" исполняемый файл. В этом уроке, "glasscube.inp" файл содержит информацию о местоположении для 192000 атомы кремния и кислорода representin га кварцевого стекла модель, с каждой строкой, содержащей атом ID, типа атома, и х, у, г координаты атома. Первая строка файла является общее количество атомов (192000). Координаты атомов в этом файле относительные величины, которые, если умноженные на 0,716 будет представлять нанометровых расстояний. - На рабочем столе, откройте окно терминала. На многие версии LINUX достижения этой одновременным нажатием "Ctrl", "Alt" и клавиши "T".
- Измените каталог на папку, в которую файлы проекта нанопружины были извлечены путем ввода:
CD Документы / нанопружины / - Затем выполните команду для компиляции исполняемого файла в системе, набрав:
MEX nanospringsmex.cpp Point.cpp - Следующая инициировать MATLAB, набрав MATLAB в командной строке
2. Изменение и с помощью графического интерфейса пользователя (GUI) к Программе NanospringCarver
ove_content "> Выполните следующие действия, используя файлы, предоставляемые на сайте 26.- Откройте проводник в MATLAB, нажав на значок GUIDE, на верхнем левом углу панели инструментов (рисунок 2), чтобы отобразить новое окно с Кратком руководстве (рисунок 3).
Рисунок 2: MATLAB интерфейс, показывающий, как открыть MATLAB GUIDE.
Рисунок 3: MATLAB GUIDE интерфейс инициализации.
- Используйте вкладку "Открыть существующую GUI" (рисунок 4), чтобы изменить существующий рисунок. Нажмите на кнопку "Обзор" для поиска существующего GUIпоказатель должен быть изменен. После выбора фигуры файл (Nanosprings.fig см синий ящик), нажмите на кнопку "Открыть" на обоих окнах, чтобы отобразить новое окно с GUI рисунке. Найдите кнопки доступны для использования для создания GUI на левой панели (рисунок 5).
Рисунок 4: MATLAB интерфейс GUIDE, показывающий, как открыть существующий GUI рисунок файл.
Рисунок 5: MATLAB интерфейс РУКОВОДСТВО показывая инструменты для изменения существующего GUI фигуру.
- Для того чтобы запустить графический интерфейс, нажмите на кнопку "Выполнить" под "Меню Сервис ". Затем нажмите "Да", когда появится всплывающее окно, требующее ли сохранить фигуру перед запуском. Новое окно отображает измененный графический интерфейс.
- При необходимости создать еще один графический интерфейс для другого конкретного материала, используя этот графический интерфейс в качестве примера.
- Чтобы настроить пример пробег, первый нажать на кнопку "Выбрать входной файл модели" в верхней части графического интерфейса и перейдите к "glasscube.inp" файл. Выберите этот файл и нажмите «Открыть», чтобы закрыть окно просмотра. Теперь выбранный файл ввода и путь к нему должен появиться в окне GUI справа от кнопки "Выбранный вход модель файла" (рисунок 6).
Рисунок 6: Скриншот с помощью графического интерфейса для создания пример кремнезема nanospring модель,
- Далее, с помощью кнопки "Обзор" в разделе "Выход модели", чтобы просмотреть и выбрать папку для сохранения выходного модель в. Убедитесь, что каталог выходной активно выбран для того, чтобы в бегах быть включен, даже при том, что есть выходной каталог уже перечислены в соответствующем окне справа от этой кнопки.
Примечание: Значение "Advance Параметры Минимальное расстояние" перечислены (0.209311 на рисунке 6) была вычислена специально для "glasscube.inp" входного файла, представленной в данном примере, и должно быть оставлено как есть. Это значение может быть вычислено как необходимо при первом использовании другого входного файла, введя значение "0" в этом месте перед запуском модели. В этом примере все значения параметров в относительных единицах в соответствии с входным атомно системе координат. Если умножить на 0,716 значения параметров будут представлять нанометровых расстояний. </ LI> - Запустите пример использования данного весенние параметры из г = 1,0, R = 5,0, р = 1,5, и d = 0,209311, нажав на кнопку GUI "Выполнить". Посмотреть отзывы от пробега в окне MATLAB Command (Рисунок 7). В обратной связи, проверьте, что параметры весенние подтвердятся, что входной файл данные успешно прочитать, а результаты сохраняются в выходном файле с именем "модель" описаны.
Рисунок 7: MATLAB Command обратной окно с графическим интерфейсом нанопружины перспективе.
Примечание: В приведенном выше примере, файл "модель" содержит 5176 атомов, содержащих нужную пружину, по одному в строке, с первой линии, давая общее число атомовв файле. Каждая строка определения атом содержит идентификатор атом, тип атома, а х, Y, Z координаты этой атома.
- После того, как графический интерфейс будет завершена, выполните последовательно работает щелкнув правой кнопкой мыши на "Nanosprings.m" в MATLAB "текущая папка" окна, и выбрав "Run", чтобы открыть графический интерфейс напрямую.
Примечание: Различные ссылки указаны 27-31 для получения дополнительной информации о MATLAB Гид и основного интерфейса Гид.
3. Проверка NanospringCarver Результаты в с открытым исходным кодом Visualizer 19
Следующие шаги предназначены для обычного пользователя, чтобы визуализировать и проверить выходное весенние модели, созданные NanospringCarver.
- Используйте NanospringCarver MATLAB GUI, как описано выше, чтобы генерировать файлы для ввода в программу визуализации 19. При запуске программы визуализации, использовать "точку coordinели файл "вариант ввода, различать типы атомов по цвету, и выберите сетки границу оси для области.
- Измерение расстояний весной моделей и сделать запись о них.
- Сравните измеренные данные от желаемых размеров весенних и проверить точность весна модель.
4. Использование NanospringCarver Результаты в MD растяжение моделирования нанопружины
Следующие шаги сведены к общему пользователю использовать пружинные модели, созданные NanospringCarver в качестве вклада в обычном открытом исходном коде MD 32.
- Скачать последнюю версию с открытым исходным кодом программы MD LAMMPS. Обратитесь к связанным с ними онлайн документации для руководств и примеров.
- Определить размеры желаемой модели nanospring для того, чтобы подготовить соответствующую начальную стеклянную модель масса кремнезема, как сообщалось ранее 18.
- Создать нужную модель nanospring помощью NanospringCarver MATLAB GUI (см Seие 2 выше).
- Выполните растягивающие моделирования от желаемого nanospring, растягивая модель аксиально 11,13,23. Продукция представитель видео nanospring модели растягивается (рисунок 8, ниже, и анимированных Рисунок 1) для визуализации и анализа. Научные результаты, касающиеся поведения напряженно-деформированного и жесткости нескольких моделей nanospring при растяжении были зарегистрированы в других местах 23.
Рисунок 8: Скриншот из nanospring кремнезема во растяжение моделирования (см также Анимированные рисунок 1).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Атомистической модели nanoribbon созданные с первым вычислительной процедуры (нанолент кода) и связанные с ними размеры приведены на рисунке 9. Полученные модели nanospring помощью второй вычислительную процедуру (нанопружины кода) и связанные с ними размеры показаны на рисунке 10.
Рисунок 9. Атомистическое модель кварцевого nanoribbon с требуемыми размерами: г (радиус nanoribbon) = 1,07 нм, R (радиус спирали) = 5,37 нм, и р (шаг) = 7,16 нм. Снимки иллюстрируют различные виды наноструктуры: (а) вид сверху, (б) вид сбоку, (в) вид сбоку с дополнительным вращением, и (d) - (е) диагональные взгляды. Nanoribbon модель SiO 2 содержит 3354 атомов. Общая высота Н лента 14.1 нм 23.
Рисунок 10. Атомистическое модель кварцевого nanospring с заданными размерами: г (радиус провода) = 1,07 нм, R (радиус спирали) = 4,29 нм, и р (шаг) = 4,29 нм. Снимки показывают различные виды модели nanospring: (а) вид сверху, (б) вид сбоку, (в) вид сбоку с дополнительной вращения вперед, и (d) - (е) диагональные взгляды. Nanospring модель SiO 2 состоит из 21 246 атомов. Общая высота весна Н 14,32 нм 23.
Диапазон nanoribbon и nanospring размеров генерируемых с обеих кодов был вполне достаточным (г <3,75 нм, R <9 нм, и р <12,57 нм). Каждый из указанных выше способов предлагает уникальный способ создать кремнезема нанопружины и наноленты подходящие дляатомистического моделирования. Оба метода являются гибкими и могут быть адаптированы для получения различных спиральные структуры, независимые от материала, что делает их весьма полезным и универсальным.
Анимированные Рисунок 1 . Silica nanospring во растяжение моделирования.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Изменение первоначального подхода для создания nanohelical структур привели к разработке двух различных кодов, чтобы позволить создание обоих нанолент и нанопружины от начального масса кварцевого стекла MD модели. Проверка кремния nanoribbon и nanospring моделей преследовали с использованием различных программных пакетов 19-20, которые подтвердили их точность размеров в пределах возможностей измерения программ. Сравнение нанопружины и нанолент также была проведена путем наложения моделей с разных сторон и углов, в результате чего дополнительной проверки геометрии. Оба вычислительные методы, разработанные в рамках этого проекта, созданного спиральные наноструктуры в отдельной образом, с добавленной стоимостью из-за их масштабируемости для использования с любым объемной размера модели материала и возможного использования в модельных nanohelical структур из других материалов. Полученные модели, представленные здесь, показали, нет обнаружению артефактов (томы отсутствует нужный состав nanohelical) генерируется с помощью этих методов. Кроме того, вычислительные методы, развитые в этой работе являются гибкими для создания правша или левша спиральные наноструктуры, просто перевернув порядок синус и косинус, определяющих спираль. Будущие приложения этого метода будет включать в себя масштабирование до больших спиральных структур, позволяющих расширенный вариант параметров, и исследование использования с различными начальными материалов.
Ограничения этого метода относятся размерные ограничения на созданных nanohelices в зависимости от исходной модели масса кремнезема, используемого, которые могут вовлечь значительные вычислительные ресурсы по мере увеличения размера модели. Как в настоящее время реализованы, nanoribbon или nanospring высота будет распространяться к размеру исходного объемной модели. Первый вычислительный метод генерирует точные модели nanoribbon для диапазона параметров, когда значение шага больше, чем7,16 нм, а радиус спиральной проволоки больше, чем 10% от короткого размера "насыпной" кварцевого стекла структуры. Второй метод расчета генерирует точные модели nanospring без ограничения параметра. Это особенно важно для проведения МД, где легко доступные атомистические наноструктурные модели, необходимые для расследования различных условий размера.
Важным шагом в протоколе будет проверить при первом использовании конкретного исходного материала модели MD объемной, что минимальное расстояние между ближайшими двумя атомами в модели был определен и ввода правильно с размерных параметров. Кроме того, следует позаботиться, чтобы убедиться, что просил спиральные размеры не превышают оптовые размеры материала модели.
Технический прогресс способствовал созданию и характеристика сложных винтовых наноструктур, таких как оксид нанолент апг нанопружины в лаборатории. Эти наноразмерные структуры обладают уникальными свойствами, которые требуют тщательного расследования для того, чтобы полностью реализовать свой потенциал для различных приложений. MD исследования механического поведения этих спиральных структур требуют гибких коды, которые могут легко и точно создавать спиральные наноструктуры, и впоследствии использовать соответствующие межатомных потенциалов и методов для прогнозирования моделирования. Чтобы выполнить это первое требование, были разработаны точные структурные коды моделирования, который будет использоваться для крупномасштабных сжатия MD моделирования и экспериментальной проверки.
Этот метод создания MD кварцевого стекла (некристаллическую) модели nanohelical Показательно, как подобные коды не легкодоступные и другие альтернативные подходы были сосредоточены на кристаллических наноструктур. Это усилие моделирование была расширена, с полученным наноструктур, используемых в МД моделирования исследований, которые имеют Lред к диссертации сосредоточено на упругой реакции кварцевого стекла nanohelices под растягивающих нагрузок 23. Время эффективных моделирование наноструктур, является сложной задачей, однако новые методы программирования и атомистические модели особенно становится важным для прогнозирования исследований. Эта техника моделирования стремительно набирает интерес и быстро становится эффективным методом для моделей, требующих высокопроизводительных вычислений. Будущие научные усилия, скорее всего, включают адаптацию этих кодов для подготовки вычислительных исследователей и в классе упражнений. Выполнение МД для изучения реакции спиральных структур в различных условиях нагружения, конечно, это возможно с этих надежных атомистических моделей. Успех будущего производства с использованием этих наноструктур в качестве строительных блоков будет зависеть от понимания их структуры и свойств, с последствиями для наноманипуляции и самосборки процессов. Эта работа мнеса шаг к пониманию механическое поведение таких наноструктур с использованием крупномасштабных МД, которые могут быть потенциально полезными для проектирования наноустройств для большого числа применений.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы заявляют, что они не имеют конкурирующие финансовые интересы.
Acknowledgments
Авторы хотят поблагодарить Тима Allis в Калифорнийском университете в Мерсед за помощь в этом проекте. Программа NSF-МОНЕТЫ в ЦСМ поддерживаются (КАМ) в начале этой работы. NSF-Бридж наградой, поддержанной соавторов (BND и КАМ), предоставляя средства для этой работы и транспортные расходы на конференциях.
Исследовательская группа хотела бы выразить признательность прежде всего Национальный научный фонд для финансирования этой работы через Brige премии. Этот материал основан на работе, поддержанной Национальным научным фондом под грант № 1032653.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| MATLAB numerical computing software | Mathworks | http://www.mathworks.com/products/matlab/description1.html | See Protocol Introduction and Reference [24] |
| NanospringCarver program code and files | UC Merced - open source | http://tinyurl.com/qame8dj | See Protocol Section 1 (Step 1.2) and Reference [26] |
| MATLAB GUI files | UC Merced - open source | http://tinyurl.com/qame8dj | See Protocol Section 1 (Step 1.2) and Reference [26] |
| Atomistic bulk glass input file | UC Merced - open source | http://tinyurl.com/qame8dj | See Protocol Section 1 (Step 1.2) and Reference [26] |
| IFrIT visualization software | Open source software | http://sites.google.com/site/ifrithome/ | See Protocol Section 3 and Reference [19] |
| LAMMPS molecular dynamics software | Open source software | http://lammps.sandia.gov/ | See Protocol Section 4 and Reference [32] |
References
- 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.
- He, Y., et al. Multilayered Si/Ni nanosprings and their magnetic properties. Small. 3 (1), 153-160 (2007).
- Cammarata, R. C., Sieradzki, K.
- Becker, N., et al. Molecular nanosprings in spider capture-silk threads. Nat. Mater. 2 (4), 278-283 (2003).
- Singh, J. P., Liu, D. -L., Ye, D. -X., Picu, R. C., Lu, T. -M., Wang, G. -C. Metal-coated Si springs: nanoelectromechanical actuators. Appl. Phys. Lett. 84 (18), 3657-3659 (2004).
- Kim, K. J., Park, K., Lee, J., Zhang, Z. M., King, W. P. Nanotopographical imaging using a heated atomic force microscope cantilever probe. Sens. Actuators A-Phys. 136 (1), 95-103 (2007).
- Dobrokhotov, V., et al.
- Sai, V. V. R., et al. Chapter 1: Bio Sensors, Diagnostics & Imaging. Nanotechnology 2010: Bio Sensors, Instruments, Medical, Environment and Energy. , 19 (2010).
- Sai, V. V. R., et al. Silica nanosprings coated with noble metal nanoparticles: highly active SERS substrates. J. Phys. Chem. C. 115 (2), 453-459 (2010).
- Fonseca, da, Galvão, A. F., S, D.
- Zhang, G., Zhao, Y.
- Fonseca, da, Malta, A. F., Galvão, C. P., S, D.
- Mohedas, I., Garcia, A. P., Buehler, M. J. Nanomechanics of biologically inspired helical silica nanostructures. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part N: J. Nanoengineering and Nanosystems. 224 (3), 93-100 (2010).
- Chang, I. L., Yeh, M. -S.
- Poggi, M. A., et al. Measuring the compression of a carbon nanospring. Nano Lett. 4 (6), 1009-1016 (2004).
- Chen, X., et al.
- Dávila, L. P., et al. Transformations in the medium-range order of fused silica under high pressure. Phys. Rev. Lett. 91 (20), 2055011-2055014 (2003).
- Nick Gnedin’s Ionization FRont Interactive Tool (IFrIT) v. 3.2.8 - A general purpose visualization software [Internet]. , Nick Gnedin. Chicago, IL. Available from: https://sites.google.com/site/ifrithome/ (2013).
- Accelrys Inc. Materials Studio Overview [Internet]. , U.S.A. Accelrys. Available from: http://accelrys.com/products/materials-studio (2013).
- Silva, E. C. C. M., Tong, L., Yip, S., Van Vliet, K. J. Size effects on the stiffness of silica nanowires. Small. 2 (2), 239-243 (2006).
- Dávila, L. P., Leppert, V. J., Bringa, E. M. The mechanical behavior and nanostructure of silica nanowires via simulations. Scripta Mater. 60 (10), 843-846 (2009).
- Doblack, B. N. The structure and properties of silica glass nanostructures using novel computational systems [thesis]. , University of California Merced. Merced, CA. 55-55 (2013).
- MathWorks. MATLAB Overview [Internet]. , Mathworks. Massachusetts. Available from: http://www.mathworks.com/products/matlab/description1.html (2013).
- Linux homepage [Internet]. , Linux. U.S.A.. Available from: http://www.linux.org (2013).
- Nanospring Models via MATLAB and NanospringCarver. Davila group website [Internet]. , University of California Merced. Merced, CA. Available from: https://eng.ucmerced.edu/people/ldavila/home/nanospring-models-via-matlab-nanospringcarver-dissemination-of-research-results-and-products (2013).
- Blinkdagger - An Engineering and MATLAB blog [Internet]. , University of California Merced. Merced, CA. Available from: https://eng.ucmerced.edu/people/ldavila/home/nanospring-models-via-matlab-nanospringcarver-dissemination-of-research-results-and-products (2014).
- MathWorks. Introduction to MATLAB GUIDE [Internet]. , MathWorks. Massachusetts. Available from: http://www.mathworks.com/help/matlab/creating_guis/about-the-simple-guide-gui-example.html (2014).
- MathWorks. Use and create MATLAB MEX-files [Internet]. , MathWorks. Massachusetts. Available from: http://www.mathworks.com/help/matlab/call-mex-files-1.html (2013).
- MathWorks. Lay out the simple GUI in MATLAB GUIDE [Internet]. , MathWorks. Massachusetts. Available from: http://www.mathworks.com/help/matlab/creating_guis/lay-out-the-simple-gui-in-guide.html (2013).
- MathWorks. Add components to the MATLAB GUIDE layout area [Internet]. , MathWorks. Massachusetts. Available from: http://www.mathworks.com/help/matlab/creating_guis/adding-components-to-the-gui.html (2013).
- LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator) molecular dynamics code [Internet]. , Steve Plimpton. Albuquerque, NM. Available from: http://lammps.sandia.gov (2013).
