Nauwkeurige modellering van nanohelical structuren is van belang voor voorspellende simulatie studies die leiden tot nieuwe toepassingen van nanotechnologie. Momenteel, softwarepakketten en codes zijn beperkt in het creëren van atomistische spiraalvormige modellen. We presenteren twee procedures ontwikkeld om atomistische nanohelical modellen te maken voor de simulaties, en een grafische interface om onderzoek door visualisatie te verbeteren.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Schaalbare Nanohelices voor Predictive Studies en Enhanced 3D Visualisatie
In dit artikel
Erratum-melding
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Samenvatting
Samenvatting
Lente-achtige materialen zijn alomtegenwoordig in de natuur en van de interesse in nanotechnologie voor energie oogsten, de opslag van waterstof, en biologische sensing toepassingen. Voorspellende simulaties is het steeds belangrijker geworden om te kunnen modelleren van de structuur van nanohelices nauwkeurig. Om het effect van lokale structuur eigenschappen van deze complexe geometrieën moet een realistische modellen te ontwikkelen bestuderen. Tot op heden zijn softwarepakketten eerder beperkt in het creëren van atomistische spiraalvormige modellen. Dit werk richt zich op het produceren van atomistische modellen van silica glas (SiO 2) nanoribbons en nanosprings voor moleculaire dynamica (MD) simulaties. Een MD- model van "bulk" silica glas, twee computationele procedures om de vorm van nanoribbons en nanosprings nauwkeurig worden belicht. De eerste methode maakt gebruik van de AWK programmeertaal en open-source software om effectief te snijden verschillende vormen van silica nanoribbons uit de initial bulk model, met behulp van de gewenste afmetingen en parametrische vergelijkingen om een helix te definiëren. Met deze methode kan accurate atomistische silica nanoribbons gegenereerd worden voor een reeks van toonhoogte waarden en dimensies. De tweede methode houdt in een meer robuuste code die flexibiliteit mogelijk maakt in het modelleren nanohelical structuren. Deze benadering maakt gebruik van een C ++ code bijzonder geschreven vooraf screeningsmethoden en de wiskundige vergelijkingen voor een helix voeren, resulterend in grotere precisie en efficiëntie bij het maken nanospring modellen. Met behulp van deze codes, goed gedefinieerd en schaalbare nanoribbons en nanosprings geschikt voor atomaire simulaties effectief kan worden gecreëerd. Meerwaarde in zowel open source codes is dat ze kunnen worden aangepast aan verschillende spiraalvormige structuur, onafhankelijk van materiaal te reproduceren. Daarnaast wordt een MATLAB grafische user interface (GUI) gebruikt om de leerstof door visualisatie en interactie voor een algemene gebruiker met de atomaire helical structuren. Een toepassing van deze methoden is de recente studie van nanohelices via MD simulaties voor mechanische energie oogsten doeleinden.
Inleiding
Helical nanostructuren worden typisch geproduceerd in het laboratorium met behulp van chemical vapour deposition technieken 1-2, terwijl nieuwe benaderingen zijn in de literatuur 3. In het bijzonder nanosprings en nanoribbons zijn bestudeerd omwille van hun verschillende eigenschappen en veelbelovende toepassingen in sensoren, optica, en elektromechanische en fluïduminrichtingen 4-7. Synthesewerkwijzen gemeld aan siliciumdioxide (SiO2) nanoribbons produceren die deze structuren potentieel bouwsteen eenheden hiërarchische systemen. Novel synthese van 3D silica nanosprings heeft hun applicaties uitgebreid met chemiresistors....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Voorbereiding NanospringCarver Bestanden en Beginnend MATLAB op een Linux PC
De volgende stappen zijn ontworpen voor een gewone gebruiker gebruik van de bestanden online 26 te ontvangen.
- Pak de nanosprings.tar.gz archiefbestand in de "Home" of een andere geprefereerde directory.
- Download de nanosprings.tar.gz bestand archief van het web repository 26.
- Zoek het gedownloade archief en verplaats deze naar een gewenste werkmap getiteld "Documents / Nanosprings".
- Klik met de rechtermuisknop nanosprings.tar.gz en selecteer "extrac....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
De atomaire nanoribbon modellen gemaakt met het eerste rekenkundige procedure (nanoribbons code) en de bijbehorende afmetingen zijn aangegeven in figuur 9. De resulterende nanospring modellen met de tweede rekenkundige procedure (nanosprings code) en bijbehorende afmetingen zijn aangegeven in figuur 10.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Wijziging van de oorspronkelijke benadering van nanohelical structuren heeft geleid tot de ontwikkeling van twee verschillende codes te creëren van zowel nanoribbons en nanosprings toestaan van een eerste bulk silica glas MD model te maken. De verificatie van de silica nanoribbon en nanospring modellen werd voortgezet met behulp van verschillende software pakketten 19-20, die hun maatvastheid binnen de meetcapaciteit van het programma bevestigd. Vergelijking tussen nanosprings en nanoribbons werd ook uitgev.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen.
Dankbetuigingen
De auteurs willen Tim Allis danken aan UC Merced voor zijn hulp bij dit project. Het NSF-COINS programma op UCM ondersteund (KAM) in een eerste deel van dit werk. Een NSF-BRIGE award ondersteund co-auteurs (BND en KAM), het verstrekken van fondsen voor dit werk en kosten voor conferenties.
Het lectoraat wil in de eerste plaats de National Science Foundation erkennen voor de financiering van deze werkzaamheden via een BRIGE award. Dit materiaal is gebaseerd op werk ondersteund door de National Science Foundation onder Grant No. 1.032.653.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| MATLAB numerieke computing software | Mathworks | http://www.mathworks.com/products/matlab/description1.html | Zie Protocol Inleiding en Referentie [24] |
| NanospringCarver programmacode en bestanden | UC Merced - open source | http://tinyurl.com/qame8dj | Zie Protocol Sectie 1 (Stap 1.2) en Referentie [26] |
| MATLAB GUI-bestanden | UC Merced - open source | http://tinyurl.com/qame8dj | Zie Protocol Sectie 1 (Stap 1.2) en Referentie [26] |
| Atomistisch bulkglas invoerbestand | UC Merced - open source | http://tinyurl.com/qame8dj | Zie Protocol Sectie 1 (Stap 1.2) en Referentie [26] |
| IFrIT visualisatie software | Open source software | http://sites.google.com/site/ifrithome/ | Zie Protocol Sectie 3 en Referentie [19] |
| LAMMPS moleculaire dynamica software | Open source software | http://lammps.sandia.gov/ | Zie Protocol Sectie 4 en Referentie [32] |
Referenties
- 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.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
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).
