模糊數學在化學中的應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:國防科技大學齣版社

作者:周旭章 編著

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:2002-02-01

價格:42.00元

裝幀:

isbn號碼:9787810244237

叢書系列:

圖書標籤:

• 模糊數學
• 化學
• 應用研究
• 不確定性分析
• 化學計量學
• 數據分析
• 模型構建
• 決策支持
• 人工智能
• 交叉學科

現代計算化學：從分子模擬到材料設計 圖書簡介 本書旨在全麵、深入地探討現代計算化學的理論基礎、關鍵技術及其在化學研究和工業應用中的前沿進展。內容覆蓋瞭從基礎的量子力學方法到復雜的多尺度模擬，著重強調如何利用高性能計算平颱解決實際的化學和材料科學問題。 第一部分：計算化學的基石 第一章：量子力學基礎與電子結構理論 本章詳盡迴顧瞭薛定諤方程的建立及其在描述分子體係中的核心地位。重點闡述瞭波恩-奧本海默近似的物理意義及局限性。隨後，本書深入介紹瞭解析解的睏難性，進而係統地展開對近似方法的探討。 Hartree-Fock（HF）方法：詳細剖析瞭HF方法的原理、自洽場（SCF）迭代過程，並討論瞭基組選擇（如高斯型軌道）對計算精度和效率的影響。辨析瞭相關能缺失的本質及其對計算結果的係統性偏差。 密度泛函理論（DFT）：作為現代計算化學的支柱，DFT的理論框架被詳盡闡述，包括 Hohenberg-Kohn 定理和 Kohn-Sham 方程。本書將花費大量篇幅比較各類泛函（LDA, GGA, meta-GGA, 雜化泛函）的適用範圍和性能差異，特彆是針對鍵能、反應能壘和非鍵相互作用的準確性評估。 第二章：高級電子結構方法與精度校準 本章聚焦於超越標準DFT方法的精度提升技術，以應對高精度化學反應機理研究的需求。 後HF方法：介紹瞭Møller-Plesset微擾理論（MPn，尤其是MP2）在處理相關效應方麵的優勢與計算成本。深入探討瞭耦閤簇（Coupled Cluster, CC）理論，特彆是CCSD(T)作為“黃金標準”的地位及其在基準計算中的應用。 激發態與光譜：闡述瞭時間依賴性密度泛函理論（TD-DFT）在預測電子吸收光譜、熒光和磷光性質中的應用。同時，介紹瞭量子化學方法在計算拉曼、紅外光譜中的流程和數據解釋。 勢能麵構建與擬閤：討論瞭如何通過高精度量子化學計算生成反應路徑上的能量點，並介紹瞭幾種用於構建全局或局部勢能麵（Potential Energy Surface, PES）的擬閤技術，如多項式擬閤和基於神經網絡的勢函數構建。 第二部分：分子模擬與動力學 第三章：分子力學與經典模擬 本章側重於宏觀尺度和時間尺度的模擬，重點介紹分子力學（MM）的應用。 力場構建與參數化：詳述瞭經典力場（如AMBER, CHARMM, OPLS）中包含的各項能量項（鍵閤、角度、扭轉、範德華力和靜電相互作用）的物理意義和數學形式。討論瞭如何通過實驗數據和量子化學計算對力場參數進行優化。 分子動力學（MD）模擬：係統介紹瞭牛頓運動方程在分子體係中的數值積分算法，如 Verlet 算法。重點分析瞭溫度、壓力和能量的控製方法（如 Nosé-Hoover 恒溫器和 Berendsen 控溫）。 濛特卡洛（MC）模擬：解釋瞭 Metropolis 準則在采樣構象空間中的核心作用，並對比瞭MD和MC在不同體係（平衡態與相變）中的優劣。 第四章：先進的采樣與自由能計算 為瞭剋服經典分子動力學模擬在穿越高能壘區域時的局限性，本章介紹瞭增強采樣技術。 增強采樣技術：深入講解瞭傘式采樣（Umbrella Sampling）的原理及其在計算反應截麵（Reaction Coordinate）自由能麯綫中的應用。介紹瞭Metadynamics（元動力學）如何通過添加曆史依賴性偏置勢加速自由能麵的探索。 自由能計算方法：詳細闡述瞭熱力學積分（Thermodynamic Integration, TI）和 FEP（Free Energy Perturbation）在計算溶解自由能、配體-受體結閤自由能中的精確應用與收斂性判斷標準。 第三部分：多尺度建模與材料科學應用 第五章：介觀與粗粒化模型 將原子尺度的精確信息橋接到介觀尺度是解決復雜體係（如聚閤物、生物膜）模擬的關鍵。 粗粒化（Coarse-Graining, CG）方法：區分瞭基於力場的CG和基於信息論（如基於勢能的映射）的CG方法。重點討論瞭如何通過“力映射”或“自由能映射”確保粗粒化模型在宏觀尺度上保持正確的物理性質。 介觀模擬技術：介紹瞭耗散粒子動力學（DPD）在模擬軟物質和流體混閤物中的應用，特彆關注其保持流體動力學行為的優勢。 第六章：計算化學在材料設計中的前沿應用 本章展示瞭前述計算方法在具體材料體係中的集成應用。 晶體結構預測與缺陷工程：討論瞭使用基於晶格動力學的計算方法（如隨機行走算法）尋找穩定晶相。重點分析瞭點缺陷、晶界對材料電子結構和機械性能的影響。 催化劑錶麵反應模擬：結閤周期性邊界條件下的DFT計算，詳細分析瞭非均相催化反應中吸附能、遷移勢壘和錶麵復原過程的計算流程。特彆關注瞭如何利用過渡態搜索算法精確定位關鍵反應步驟。 高分子與聚閤物模擬：介紹瞭如何利用MD模擬研究聚閤物的弛豫時間、玻璃化轉變溫度（Tg）以及在溶液中的構象變化。討論瞭如何將QM/MM方法應用於活性位點附近的精確計算。 本書結構嚴謹，理論與實踐並重，豐富的案例分析和計算流程指導，旨在為化學、材料科學、化學工程及相關領域的科研人員和高年級本科生、研究生提供一本全麵、深入的計算化學工具書。

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