Modelagem precisa de estruturas nanohelical é importante para estudos de simulação preditiva que levam a novas aplicações da nanotecnologia. Atualmente, os pacotes de software e os códigos são limitados na criação de modelos helicoidais atomistas. Apresentamos dois procedimentos destinados a criar modelos nanohelical atomistas para simulações, e uma interface gráfica para reforçar a investigação através da visualização.
É necessária uma assinatura do JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou inicie seu teste gratuito.
Artigo de método
Nanoespirais escaláveis para estudos de previsão e melhor visualização 3D
Neste artigo
Aviso de errata
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Resumo
Resumo
Materiais Primavera-like são onipresentes na natureza e de interesse em nanotecnologia para captação de energia, armazenamento de hidrogênio, e aplicações de sensoriamento biológico. Para as simulações preditivos, tornou-se cada vez mais importante para ser capaz de modelar a estrutura de nanoespirais com precisão. Para estudar o efeito da estrutura local sobre as propriedades destas geometrias complexas deve-se desenvolver modelos realistas. Até à data, os pacotes de software são bastante limitados na criação de modelos helicoidais atomistas. Este trabalho centra-se na produção de modelos atomistas de vidro de sílica (SiO2) e nanofitas nanomolas de dinâmica molecular (MD) simulações. Usando um modelo MD da "massa" de vidro de sílica, dois procedimentos computacionais para criar precisamente a forma de nanofitas e nanomolas são apresentados. O primeiro método utiliza a linguagem de programação de código aberto e software AWK para esculpir eficazmente várias formas de nanofitas de sílica a partir do imodelo de maior nitial, usando dimensões desejadas e equações paramétricas para definir uma hélice. Com este método, nanoribbons sílica atomísticos precisas podem ser geradas para um intervalo de valores de espaçamento e dimensões. O segundo método envolve um código mais robusto que permite flexibilidade na modelagem de estruturas nanohelical. Esta abordagem utiliza um código C ++ especialmente escrito para implementar métodos de pré-triagem, bem como as equações matemáticas para uma hélice, resultando em maior precisão e eficiência ao criar modelos nanospring. Usando esses códigos, bem definida e nanofitas escaláveis e nanomolas adequados para simulações atomísticas pode ser efetivamente criado. Um valor acrescentado em ambos os códigos de fonte aberta é que eles podem ser adaptados para reproduzir diferentes estruturas helicoidais, independentes de material. Além disso, uma interface gráfica de usuário MATLAB (GUI) é usado para melhorar a aprendizagem através da visualização e interação para o usuário em geral com o heli atomísticaestruturas cal. Uma aplicação destes métodos é o estudo recente de nanoespirais via simulações de DM para fins de captação de energia mecânica.
Introdução
Nanoestruturas helicoidais são tipicamente produzidos em laboratório, utilizando técnicas de deposição química de vapor de 1-2, enquanto que as novas abordagens têm sido relatados na literatura 3. Em particular nanomolas e nanofitas têm sido estudados devido às suas propriedades distintas e aplicações promissoras em sensores, óptica, e eletromecânicos e dispositivos fluídicos 4-7. Métodos de síntese têm sido relatados para a produção de sílica (SiO2) nanoribbons, tornando essas estruturas potenciais unidades de bloco de construção para sistemas hierárquicos. Síntese Novel de nanomolas sílica 3D ampliou suas aplicações para ....
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Protocolo
1. Preparando os arquivos NanospringCarver e iniciando MATLAB em um PC com Linux
Os passos seguintes são projetados para um usuário em geral para fazer uso dos arquivos fornecidos em linha 26.
- Descompacte o arquivo arquivo nanosprings.tar.gz para o "Home" ou outro diretório preferido.
- Baixe o arquivo de ficheiros nanosprings.tar.gz do repositório web 26.
- Localize o arquivo baixado e mova-o para um diretório de trabalho preferido intitulado "Documentos / nanomolas".
- Botão direito do mouse nanosprings.tar.gz e selecione "extrair ....
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Resultados
Os modelos nanoribbon atomísticos criados com o primeiro procedimento computacional (código nanoribbons) e as suas dimensões associados são mostrados na Figura 9. Os modelos nanospring resultantes usando o segundo procedimento computacional (nanomolas código) e dimensões associados são mostrados na Figura 10.
.......
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Discussão
Modificação da estratégia original para criar estruturas nanohelical levaram ao desenvolvimento de dois códigos distintos, para permitir a criação de ambas as nanoribbons e nanomolas a partir de um modelo MD vidro de sílica inicial a granel. A verificação dos modelos nanofita sílica e nanospring foi perseguido utilizando diferentes pacotes de software 19-20, que confirmaram a sua precisão dimensional dentro da capacidade de medição dos programas. Comparação entre nanomolas e nanoribbons também foi realizada p.......
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Divulgações
Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.
Agradecimentos
Os autores gostariam de agradecer a Tim Allis na UC Merced por sua ajuda neste projeto. O programa NSF-MOEDAS na UCM suportado (KAM) em uma parte inicial deste trabalho. Um prêmio NSF-BRIGE apoiado co-autores (BND e KAM), fornecendo fundos para esta obra e as despesas de viagem para conferências.
O grupo de pesquisa gostaria de agradecer principalmente a National Science Foundation para financiar este trabalho através de um prêmio BRIGE. Este material é baseado no trabalho apoiado pela National Science Foundation, Grant No. 1.032.653.
....Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Software de computação numérica MATLAB | Mathworks | http://www.mathworks.com/products/matlab/description1.html | Consulte a introdução e referência do protocolo [24] |
| Código e arquivos do programa NanospringCarver | UC Merced - código aberto | http://tinyurl.com/qame8dj | Consulte a Seção 1 do Protocolo (Etapa 1.2) e a Referência [26] |
| Arquivos MATLAB GUI | UC Merced - código aberto | http://tinyurl.com/qame8dj | Consulte a Seção 1 do Protocolo (Etapa 1.2) e Referência [26] |
| Arquivo de entrada de vidro em massa atomístico | UC Merced - código aberto | http://tinyurl.com/qame8dj | Consulte a Seção 1 do Protocolo (Etapa 1.2) e a Referência [26] |
| Software de visualização IFrIT | Software de código aberto | http://sites.google.com/site/ifrithome/ | Consulte a Seção 3 do Protocolo e a Referência [19] |
| Software de dinâmica molecular LAMMPS | Software | de código abertohttp://lammps.sandia.gov/ | Consulte a Seção 4 e Referência do Protocolo [32] |
Referências
- 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.
Acesso restrito. Inicie sessão ou comece um teste para visualizar este conteúdo.
Reimpressões e permissões
Errata
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).
