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煤分子模擬ReaxFF反應力場開發

  • 作者：張志強|責編:于水
  • 出版社：化學工業
  • ISBN：9787122490926
  • 出版日期：2026/01/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：220
人民幣：RMB 148 元      售價：元
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內容大鋼
    煤炭結構具有高度複雜性、組分強烈非均質性以及形成過程的多變性，傳統實驗手段難以揭示其深層的微觀機制。分子模擬作為一種可借助電腦技術追蹤原子、分子動態行為的計算方法，已成為材料科學、化學工程及能源研究等領域的強大工具。本書系統介紹了用於煤分子模擬的ReaxFF反應力場（Coal-FF力場）在開發過程中的探索和實踐。結合深度學習框架PyTorch和GPU並行計算技術，開發了高效ReaxFF力場參數優化程序，顯著提升了參數優化的速度和精度；通過大規模量子化學計算，構建了高精度的訓練集，並以此為基礎成功參數化了Coal-FF力場；此外，還對新開發的Coal-FF力場進行了全面的驗證，包括對幾何結構和能量的重現能力以及在分子動力學模擬中的表現。希望通過本書與同行分享在煤炭ReaxFF反應力場開發方面的經驗和技術，為煤分子模擬領域的研究者提供有益的參考和工具。
    本書適合煤化學化工、礦業、計算材料學、分子模擬等相關領域的科研人員和學生閱讀，也可為行業上下游研發和生產提供指導和參考。
作者介紹
張志強|責編:于水
目錄
第1章  煤分子模擬力場概論
  1.1  分子模擬在煤炭科學研究中的重要性
    1.1.1  揭示煤炭的微觀結構與組成
    1.1.2  研究氣體吸附與儲層性能
    1.1.3  探索熱解與燃燒過程的分子機制
    1.1.4  分析煤的力學性能與變形行為
  1.2  現有分子模擬力場簡介
    1.2.1  勢能函數
    1.2.2  常見力場種類
  1.3  分子力場參數計算方法
    1.3.1  基於實驗數據的擬合方法
    1.3.2  基於量子化學計算的方法
    1.3.3  力場參數擬合軟體
  1.4  不同分子力場在煤炭研究中的應用
    1.4.1  非反應力場
    1.4.2  反應力場
    1.4.3  模擬力場比較
  參考文獻
第2章  煤分子ReaxFF力場訓練集分子選擇
  2.1  煤的分子結構特點
    2.1.1  煤分子結構化學研究方法
    2.1.2  煤分子結構儀器研究方法
  2.2  煤的分子結構模型
    2.2.1  煤平均分子結構模型
    2.2.2  大尺度煤結構模型
  2.3  煤反應力場訓練集分子組成
    2.3.1  訓練集分子選擇依據
    2.3.2  訓練集分子組成
    2.3.3  訓練集分子選擇可行性
  參考文獻
第3章  煤分子ReaxFF力場訓練集數據計算
  3.1  量子化學方法簡介
    3.1.1  分子軌道理論
    3.1.2  密度泛函理論
    3.1.3  基函數
    3.1.4  贗勢方法
    3.1.5  范德華力矯正
  3.2  計算軟體
    3.2.1  Gaussian
    3.2.2  QuantumESPRESSO
  3.3  DFT基準數據集製備
    3.3.1  計算方法與參數設置
    3.3.2  DFT基準數據集組成
  參考文獻
第4章  煤分子ReaxFF力場參數優化程序設計
  4.1  ReaxFF反應力場
    4.1.1  ReaxFF反應力場特徵
    4.1.2  ReaxFF反應力場函數形式
  4.2  深度學習
    4.2.1  從機器學習到深度學習

    4.2.2  人工神經網路
    4.2.3  深度學習框架
    4.2.4  PyTorch
  4.3  GPU加速技術
    4.3.1  引言
    4.3.2  GPU計算架構
    4.3.3  GPU在深度神經網路中的作用
    4.3.4  GPU加速實踐
  4.4  ReaxFF反應力場參數優化程序設計
    4.4.1  引言
    4.4.2  程序架構
    4.4.3  數據預處理模塊
    4.4.4  勢能計算模塊
    4.4.5  參數優化模塊
    4.4.6  程序特點
  參考文獻
第5章  煤分子ReaxFF力場參數化
  5.1  力場訓練文件
    5.1.1  訓練集構建
    5.1.2  初始力場文件
    5.1.3  參數文件
  5.2  煤分子ReaxFF反應力場優化實踐
    5.2.1  程序運行準備
    5.2.2  程序性能
    5.2.3  力場參數化
  參考文獻
第6章  煤分子ReaxFF反應力場驗證
  6.1  分子結構優化方法
    6.1.1  單純型法
    6.1.2  直線搜尋法
    6.1.3  最速下降法
    6.1.4  共軛梯度法
    6.1.5  牛頓-拉普森法
    6.1.6  BFGS法
    6.1.7  L-BFGS法
  6.2  分子動力學計算原理
    6.2.1  發展歷史
    6.2.2  基本思想
    6.2.3  積分方法
    6.2.4  邊界條件
    6.2.5  非鍵相互作用處理
    6.2.6  分子動力學統計系綜
    6.2.7  計算流程
    6.2.8  第一性原理分子動力學
  6.3  LAMMPS軟體
    6.3.1  概述
    6.3.2  核心特性與功能
    6.3.3  應用領域
    6.3.4  輸入腳本文件
    6.3.5  data數據文件

  6.4  DFT擬合數據驗證
    6.4.1  幾何結構擬合能力
    6.4.2  能量曲線擬合能力
  6.5  Coal-FF力場泛化能力驗證
    6.5.1  幾何結構驗證
    6.5.2  能量曲線驗證
  6.6  分子動力學模擬
    6.6.1  煙煤體系
    6.6.2  無煙煤體系
  參考文獻
附錄一  Coal-FFReaxFF反應力場參數
附錄二  Coal-FF力場對DFT數據的還原能力

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