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| DC 欄位 | 值 | 語言 |
|---|---|---|
| dc.contributor.advisor | 趙聖德(Sheng-Der Chao) | |
| dc.contributor.author | Shih-Wei Chao | en |
| dc.contributor.author | 趙士緯 | zh_TW |
| dc.date.accessioned | 2021-05-20T20:28:17Z | - |
| dc.date.available | 2011-08-11 | |
| dc.date.available | 2021-05-20T20:28:17Z | - |
| dc.date.copyright | 2008-08-11 | |
| dc.date.issued | 2008 | |
| dc.date.submitted | 2008-08-01 | |
| dc.identifier.citation | [1]O. S. Tyagi, H. S. Bisht, and A. K. Chatterjee, J. Phys. Chem. B 108, 3010 (2004).
[2]P. Hobza and R. Zahradnik, Intermolecular Complexes : the role of van der Waals systems in physical chemistry and in the biodisciplines (Elsevier, New York, 1988). [3]G. A. Jeffrey and W. Saenger, Hydrogen Bonding in Biological Structures (Springer-Verlag, Berlin, 1991) [4]A. J. Stone, The Theory of Intermolecular Forces (Oxford University Press, Oxford, 1996). [5]H. Margenau, Rev. Mod. Phys. 11, 1 (1939). [6]A. van der Avoird, P. E. S. Wormer, and R. Moszynski, Chem. Rev. 94, 1931 (1994). [7]A. K. Rappe and E. R. Bernstein, J. Phys. Chem. A 104, 6117 (2000). [8]G. Chalasinski and M. M. Szczesniak, Chem. Rev. 100, 4227 (2000). [9]R. J. Wheatley, A. S. Tulegenov, and E. Bichoutskaia, Int. Rev. Phys. Chem. 23, 151 (2004). [10]Y. Zhao and D. G. Truhlar, J. Chem. Theory Comput. 1, 415 (2005). [11]S. Grimme, J. Comp. Chem. 25, 1463 (2004). [12]R. A. Friesner, Proc. Natl. Acad. Sci. 102, 6648 (2005). [13]D. Frenkel and B. 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Chem. 98, 1830 (1994). [25]S. Tsuzuki and H. P. Luthi, J. Chem. Phys. 114, 3949 (2001). [26]J. Nagy, D. F. Weaver, and V. H. Smith, Mol. Phys. 85, 1179 (1995). [27]E. Fraschini and A. J. Stone, J. Comput. Chem. 19, 847 (1998). [28]S. Tsuzuki, T. Uchimaru, and K. Tanabe, Chem. Phys. Lett. 287, 202 (1998). [29]S. Tsuzuki, K. Honda and T. Uchimaru, M. Mikami, J. Chem. Phys. 124, 114304 (2006). [30]B. J. Alder and T. E. Wainwright, Phys. Rev. 127, 359 (1962). [31]C. H. Mak,Phys. Rev E, 73, 065104(R) (2006). [32]K. Takahashi, Y. Hayashi, and K. Tachibana, Jpn. J. Appl.Phys., Part 1, 38, 4561 (1999). [33]Maitland, G. C.; Rigby, M.; Smith, E. G.; Wakeham, W. A. Intermolecular Forces: Their Origin and Determination; Clarendon Press:Oxford, UK, 1981. [34]Pena Diaz, M.; Pando, C.; Renuncio, J. A. R. J Chem Phys 1982, 76, 325. [35]Pena Diaz, M.; Pando, C.; Renuncio, J. A. R. J Chem Phys 1982, 76, 333. [36]Tang, K. T.; Toennies, J. P. Atoms, Molecules and Clusters, J Phys Chem B 1998, 102, 7470. 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C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Gonzalez, C.; and Pople, J. A.; Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2004. [51]A. H.-T. Li and S. D. Chao, J. Chem. Phys. 125, 094312 (2006). [52]C. C. Pai, A. H.-T. Li and S. D. Chao, J. Phys. Chem. A 111, 11922 (2007). [53]J.M.L. Martin, Chem. Phys. Lett. 259 (1996) 669. [54]A. D. Becke, Phys. Rev. A 38, 3098 (1988). [55]C. Adamo and V. Barone, J. Chem. Phys. 108, 664 (1998). [56]J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996). [57]K. Burke, J. P. Perdew, and Y. Wang, in Electronic Density Functional Theory: Recent Progress and New Directions, Ed. J. F. Dobson, G. Vignale, and M. P. 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| dc.identifier.uri | http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/9552 | - |
| dc.description.abstract | 我們使用HF、MP2、DFT三種方法進行甲烷-矽烷間12個方位的分子作用力計算，所有的計算都已加入BSSE進行修正。HF的計算主要會產生排斥的作用力，且經過量子化學計算後得知基底收斂在cc-pVQZ。MP2的計算則可產生整條的凡得瓦爾力曲線，且基底的影響相當明顯，計算可得知收斂在0.05kcal/mol。此外，對於6個非對稱構型，改變中心原子的位置計算會產生不同的HF及MP2計算結果。我們使用大範圍exchange-correlation functionals配對的DFT計算，並與MP2的計算結果加以比較。
將甲烷-甲烷及矽烷-矽烷的ab initio檔案帶入混合理論(Mixing rule)進行計算並與甲烷-矽烷的結果加以比較，發現E、F、I、J構型可產生良好的計算結果，而其他方位則需要加以考慮靜電力的效應加以修正。 我們將量子化學計算出的甲烷位能曲線利用4 sites Lennard-Jones potentials 擬合出鍵距與束縛能參數，帶入牛頓方程式進行分子動力學模擬，對於甲烷液體的平衡及動態性質，與實驗結果比較已相當精確且逼近實驗值的誤差下標，這可說明使用ab initio所建構之力場進行分子動力學模擬是具有相當的精確性。利用4 sites位能模型去模擬甲烷實驗三相圖的氣化曲線與溶化曲線，可幫助我們了解不同相態下的平衡及動態性質。 | zh_TW |
| dc.description.abstract | We have calculated the interaction potentials of the 12 methane-silane conformations using the Hartree-Fock (HF)self-consistent theory, the correlation-corrected second-order Møller-Plesset (MP2) perturbation theory, and the density functional theory (DFT) with the basis set superposition error (BSSE) corrected. The HF calculation yield repulsive potentials and converged at the cc-pVQZ basis set after quantitatively calculation. The MP2 calculation yield whole van der waals potential curves. The basis set effect are observable, and the calculation converged in 0.05kca/mol. Moreover, change the C-Si position of the six non-symmetric conformers will yield different HF and MP2 calculations. The DFT calculations generate a wide range of interaction patterns, and compare with MP2 results.
We use Mixing rule to calculation the methane-silane interaction from the methane-methane and silane-silane ab initio data, and found that the result have good agreement with the methane-silane ab initio data in E、F、I、J conformers. Others are corrigible with the electrostatic. Next, we use 4 sites-fitting method to fit the results of quantum chemistry calculation. We can get the force parameters of bond lengths and binding energies and then input them to solve Newton's equations. To simulate the equilibrium properties and dynamics properties of methane liquid, we perform NVT ensemble molecular dynamics simulations. We compare the results with experiments from different research groups, and found that our PES is capable of reproducing the experimental data within the error bars. It demonstrates that quantum chemistry calculated intermolecular interaction is very good which can accurately yield the molecular dynamic simulation results. Beside we simulate the equilibrium properties and dynamic properties along the vapor-liquid curve and solid-liquid curve in the phase diagram using three potential models which can help us to realize the feature of different phase. | en |
| dc.description.provenance | Made available in DSpace on 2021-05-20T20:28:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ntu-97-R95543042-1.pdf: 4850366 bytes, checksum: 6280cf55d7e37ece6b4b7b4eb517a62d (MD5) Previous issue date: 2008 | en |
| dc.description.tableofcontents | 致謝……………………………………………………………………………………I
摘要 …………………………………………………………………………………II 目錄……………………………………………………………………………………V 圖目錄 ……………………………………………………………………………VIII 表目錄 ………………………………………………………………………………XI 第一章 緒論………………………………………………………………………1 第二章 基本理論介紹……………………………………………………………6 PartI 量子力學部分…………………………………………………………………6 2.1 單電子問題………………………………………………………………………6 2.1.1 單電子的古典型式解 ……………………………………………………6 2.1.2 單電子的schrödinger方程式 …………………………………………7 2.1.3 簡諧振子…………………………………………………………………10 2.2 近似法 …………………………………………………………………………11 2.2.1 基本數學概念……………………………………………………………11 2.2.2 Hartree-Fock approximation…………………………………………12 2.2.3 微擾理論…………………………………………………………………16 2.2.4 密度泛函理論(Density functional theory)…………………………20 2.2.5 混合理論(Mixing rule) ………………………………………………21 PartⅡ 分子動力學部分……………………………………………………………23 2.3 分子動力學基本理論 …………………………………………………………23 2.3.1 牛頓方程式………………………………………………………………23 2.3.2 勢能函數(Potential energy function)………………………………24 2.3.3 運動方程式(Equation of motion) ……………………………………26 2.3.4 週期性邊界條件(Periodic boundary condition) …………………28 2.3.5 量測(Measurement) ……………………………………………………29 2.3.6 積分演算法………………………………………………………………30 2.3.7 All-Pair method…………………………………………………………34 2.4 分子動力學模擬之平衡性質與動態性質 ……………………………………35 2.4.1 徑向分佈函數(Radial distribution function) ……………………35 2.4.2 速度自相關函數(Velocity autocorrelation function)……………38 2.4.3 擴散係數(Diffusion coefficient) …………………………………41 第三章 計算方法與4 sites擬合………………………………………………44 3.1 量子力學計算方法 ……………………………………………………………44 3.2 4 sites-模型……………………………………………………………………45 第四章 計算結果與模擬結果 …………………………………………………53 PartI 量子力學部分 ………………………………………………………………53 4.1 甲烷-矽烷二聚體計算結果……………………………………………………53 4.1.1 甲烷-矽烷二聚體HF計算結果…………………………………………54 4.1.2 甲烷-矽烷二聚體MP2計算結果 ………………………………………58 4.1.3 甲烷-矽烷二聚體DFT計算結果 ………………………………………63 4.1.4 混合理論模擬結果………………………………………………………63 PartⅡ 分子動力學部分……………………………………………………………71 4.2 剛性分子的分子動力學模擬-平衡性質………………………………………71 4.2.1 徑向分佈函數模擬結果-與實驗值比較 ………………………………71 4.2.2 徑向分佈函數-模擬沿著氣化曲線與溶化曲線 ………………………73 4.3 剛性分子的分子動力學模擬-動態性質………………………………………78 4.3.1 速度自相關函數及擴散係數之模擬……………………………………78 4.3.2 擴散係數-沿著氣化曲線及溶化曲線並與實驗值比較 ………………81 第五章 結論與未來展望 ………………………………………………………86 5.1 量子力學結論 …………………………………………………………………86 5.2 分子動力學結論 ………………………………………………………………88 5.3 未來展望 ………………………………………………………………………90 圖目錄 圖1 跨尺度模擬示意圖。……………………………………………………………2 圖2 Hard sphere位能曲線。………………………………………………………24 圖3 Lennard-Jonse位能曲線。…………………………………………………25 圖4 週期性邊界示意圖。…………………………………………………………28 圖5 All-pairs method示意圖。…………………………………………………34 圖6 徑向分佈函數圖形。…………………………………………………………35 圖7 速度自相關函數之圖形。……………………………………………………40 圖8 4 sites模型。…………………………………………………………………45 圖9 甲烷-甲烷二聚體之H構型示意圖。…………………………………………47 圖10 調整參數之圖形，在2.75Å鍵長下調整不同的能量。…………………48 圖11 調整參數之圖形，在2.71Å鍵長下調整不同的能量。…………………48 圖12 調整參數之圖形，在2.67Å鍵長下調整不同的能量。…………………49 圖13 甲烷-甲烷4 sites模型之擬合結果。……………………………………50 圖14 使用甲烷以4 sites模型擬合出之參數，帶入其他方位加以重新建構之圖形，並與量子化學計算之結果加以比較。………………………………50 圖15 甲烷-矽烷二聚體之H構型示意圖。………………………………………51 圖16 甲烷-矽烷4 sites模型之擬合結果。……………………………………51 圖17 使用甲烷-矽烷以4 sites模型擬合出之參數，帶入其他方位加以重新建 構之圖形。…………………………………………………………………52 圖18 將C構型之中心原子調換構型示意圖。……………………………………53 圖19 C構型與C*構型之勢能圖。…………………………………………………54 圖20 甲烷-矽烷之12個構型HF計算結果。……………………………………55 圖21 甲烷-矽烷之HF計算結果單一構型下可發現所有基底都產生排斥位能， 目測觀察圖形可知除了STO-3G基底之外，其餘幾乎都已達到收斂。…56 圖22 HF之量化圖形，橫軸為基底數，縱軸為∆。…………………………….56 圖23 非對稱構型改變中心原子位置後之HF圖形。……………………………57 圖24 甲烷-矽烷的MP2計算結果。………………………………………………58 圖25 使用不同的基底極限方法之圖形。 ………………………………………60 圖26 MP2之12個構型圖。………………………………………………………61 圖27 甲烷-矽烷非對稱構型MP2計算。…………………………………………62 圖28 使用四種混合理論建構甲烷-矽烷的I構型勢能曲線，並與ab initio值比較。………………………………………………………………………64 圖29 甲烷-矽烷之I構型示意圖。………………………………………………64 圖30 使用四種混合理論建構甲烷-矽烷的K構型勢能曲線，並與ab initio值比較。………………………………………………………………………65 圖31 使用4 sites模型建構之位能曲線計算出之徑向分佈函數gCC(r)與modle K及實驗比較。……………………………………………………………72 圖32 使用4 sites模型建構之位能曲線計算出之徑向分佈函數gCH(r)與modle K及實驗比較。……………………………………………………………72 圖33 使用4 sites模型建構之位能曲線計算出之徑向分佈函數gHH(r)與modle K及實驗比較。……………………………………………………………73 圖34 甲烷的三項實驗圖[69]，紅色標記為我們模擬徑向分佈函數與實驗比較的狀態。……………………………………………………………………74 圖35 4 sites模型建構之勢能曲線用以模擬沿著氣化曲線的徑向分佈函數gCC(r)圖。……………………………………………………………………75 圖36 4 sites模型建構之勢能曲線用以模擬沿著氣化曲線的徑向分佈函數gCH(r)圖。……………………………………………………………………75 圖37 4 sites模型建構之勢能曲線用以模擬沿著氣化曲線的徑向分佈函數gHH(r)圖。……………………………………………………………………76 圖38 4 sites模型建構之勢能曲線用以模擬沿著溶化曲線的徑向分佈函數gCC(r)圖。……………………………………………………………………76 圖39 4 sites模型建構之勢能曲線用以模擬沿著溶化曲線的徑向分佈函數gCH(r)圖。……………………………………………………………………77 圖40 4 sites模型建構之勢能曲線用以模擬沿著溶化曲線的徑向分佈函數gHH(r)圖。……………………………………………………………………77 圖41 4 sites模型建構之勢能曲線用以模擬沿著氣化曲線的速度自相關函數圖形。…………………………………………………………………………79 圖42 4 sites模型建構之勢能曲線用以模擬沿著氣化曲線的速度自相關函數圖形。…………………………………………………………………………80 圖43 使用Eyring transport theory 對擴散係數實驗值進行作圖，斜率範圍為88.8K至287.2K，密度為10mol/L。……………………………………83 圖44 使用Eyring transport theory 對擴散係數實驗值進行作圖，斜率範圍為165.5K至310.7K，密度為18.5mol/L。………………………………84 圖45 使用Eyring transport theory 對擴散係數模擬值進行作圖，斜率為208.9K，密度為10mol/L。…………………………………………………84 圖46 使用Eyring transport theory 對擴散係數模擬值進行作圖，斜率為179.0K，密度為18.5mol/L。………………………………………………85 圖47 甲烷-矽烷12個不同構型示意圖。………………………………………96 圖48 改變非對稱構型中心原子後的甲烷-矽烷構型(*)。 …………………… 97 圖49 薛丁格方程式所解出的能量曲線圖。……………………………………100 圖50 甲烷之最低能量構型的位能曲面，對甲烷雙體的其中一個分子對Y軸轉變不同角度架構之圖形。…………………………………………………107 圖51 甲烷之最低能量構型的位能曲面，對甲烷雙體的其中一個分子對Z軸轉變不同角度架構之圖形。…………………………………………………108 表目錄 Table.1 所有構型之束縛能方均根總和，在不同的鍵長及能量參數下之結果。…………………………………………………………………………46 Table.2 所有構型之平衡鍵長方均根總和，在不同的鍵長(Å)參數下。………47 Table.3 利用HF及MP2的方法計算甲烷-矽烷雙體的位能R0為位能為0時的距離，Rm為平衡鍵長，Eb為束縛能，ω為振動頻率。……………………66 Table.4 比較6-311++G(3df,3pd)的基底計算甲烷-矽烷72 exchange- correlation functionals的組合，MP2計算的平衡鍵長結果為3.85Å，粗黑斜線的值為誤差在10%以內的組合。………………………………67 Table.5 比較6-311++G(3df,3pd)的基底計算甲烷-矽烷72 exchange- correlation functionals的組合，MP2計算的束縛能結果為-0.623kcal/mol，粗黑斜線的值為誤差在10%以內的組合。…………………………………………………………………………68 Table.6 比較aug-cc-pVTZ的基底計算甲烷-矽烷72個exchange-correlation functionals的組合，MP2計算的平衡鍵長結果為3.81Å，粗黑斜線的值為誤差在10%以內的組合。…………………………………………69 Table.7 比較aug-cc-pVTZ的基底計算甲烷-矽烷72個exchange-correlation functionals的組合，MP2計算的束縛能結果為-0.692kcal/mol，粗黑斜線的值為誤差在10%以內的組合。…………………………………70 Table.8 使用4 sites模型計算沿著氣化線及溶化線的擴散係數，可用以討論物質的相…………………………………………………………………81 Table.9 使用4 sites模型計算不同溫度與密度下的擴散係數，且與實驗相比較。………………………………………………………………………82 Table.10 沿著氣化曲線的熱力學資料。………………………………………103 Table.11 沿著溶化曲線的熱力學資料。………………………………………103 參考文獻…………………………………………………………………………… 92 附錄A ……………………………………………………………………………… 96 附錄B ……………………………………………………………………………… 98 附錄C……………………………………………………………………………… 103 附錄D……………………………………………………………………………… 104 附錄E……………………………………………………………………………… 107 | |
| dc.language.iso | zh-TW | |
| dc.title | 甲烷-矽烷分子二聚體之量子化學勢能計算及
甲烷流體之分子動力學模擬 | zh_TW |
| dc.title | Quantum Chemistry Calculated Intermolecular Interactions with Methane-Silane dimers
and Molecular Dynamics simulations of Methane Fluids | en |
| dc.type | Thesis | |
| dc.date.schoolyear | 96-2 | |
| dc.description.degree | 碩士 | |
| dc.contributor.oralexamcommittee | 張家歐(Chia-Ou Chang),陳國慶(Kuo-Ching Chen),林祥泰(Shiang-Tai Lin) | |
| dc.subject.keyword | 近似法,微擾理論,密度泛函理論,混合理論,徑向分佈函數,速度自相關函數,擴散係數, | zh_TW |
| dc.subject.keyword | Hretree-Fock (HF)approximation,M&oslash,ller-Plesset (MP) perturbation theory,Density functional theory (DFT),Mixing rule,Radial distribution function (RDF),Velocity autocorrelation function (VAF),Diffusion coefficient,Gaussian 03 package, | en |
| dc.relation.page | 108 | |
| dc.rights.note | 同意授權(全球公開) | |
| dc.date.accepted | 2008-08-01 | |
| dc.contributor.author-college | 工學院 | zh_TW |
| dc.contributor.author-dept | 應用力學研究所 | zh_TW |
| 顯示於系所單位： | 應用力學研究所 | |
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|---|---|---|---|
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