分子模拟

课程编码：180210081701P3006H 英文名称：Scientific Software and Applications in Chemistry and Chemical Engineering 课时：50 学分：2.50 课程属性：专业课 主讲教师：任瑛等

本课程是化学工程、化学、材料、生物、能源和环境等专业研究生的普及课。在诸多领域中，计算机模拟已成为继实验和理论研究之外的第三大研究技术。分子模拟作为研究分子体系结构与性质的“计算式显微镜”，经过半个多世纪的发展，在基础理论及应用方面均取得了巨大成就，并已广泛用于化学、化工、医药、材料、生命等学科领域。本课程介绍分子模拟技术的基础理论，以及多种分子模拟方法在材料、化学、生物等体系中的应用案例。既涉及蒙特卡罗方法、分子动力学模拟方法、耗散粒子动力学模拟方法的基本理论及算法，还包括人工智能在分子模拟中的使用等前沿动态。本课程旨在阐明如何从分子水平来模拟计算宏观现象，并初步培养学生通过分子模拟研究复杂物质体系的能力。

物理化学，大学物理

第一章 绪论 3学时 陈卫
第1节 分子模拟概述
第2节 分子模拟的基本概念
第3节 分子模拟发展历史
第二章 分子模拟中的统计力学基础 6学时 陈卫
第1节 统计力学基本原理
第2节 粒子动力学基本原理
第三章 力场 3学时 陈卫
第1节 势能函数
第2节 分子模拟中的常用力场
第3节 简单体系的分子力场
第四章 能量最小化 3学时 陈卫
第1节 能量最小化计算方法
第2节 能量最小化算法的选择和应用
第五章 蒙特卡罗模拟 3学时 陈卫
第1节 蒙特卡罗中的自由能计算方法
第2节 蒙特卡罗算法的应用
第六章 量子密度泛函理论简介 3学时 陈卫
第1节 密度泛函理论介绍
第2节 CP2K软件使用介绍
第七章 分子模拟与人工智能 3学时 陈卫
第1节 深度神经网络简介
第2节 深度神经网络拟合力场势函数
第八章 分子动力学模拟 18学时 任瑛
第1节 分子动力学模拟的理论基础
第2节 增强采样方法及自由能计算
第3节 基本分子动力学模拟实现
第4节 高阶分子动力学模拟实现
第九章 分子模拟应用 6学时 任瑛
第1节 纳米材料体系的分子模拟
第2节 乳液体系的分子模拟
第3节 高分子体系的分子模拟
第4节 生物体系的分子模拟
第十章 考试 2学时 陈卫
第1节 课堂开卷考试

任瑛：女，博士，副研究员。2009年7月毕业于中国科学院过程工程研究所并留所工作，2012年晋升副研究员。主要从事高分子、乳液等纳微尺度复杂结构的多尺度离散模拟，在Ann. Rev. Chem. Biomol. Eng.、Langmuir、Macromol.等期刊上发表论文40余篇，授权软件著作权1项，参与翻译著作1部。先后主持科研项目9项，其中，国家自然基金委项目3项，国家重大科研装备研制项目子课题1项，联合利华、巴斯夫、中石化、中建材等企业合作项目5项。荣获过程工程所 “过程女杰”、“国际合作先进个人”“优秀党员”、“优秀党务工作者”等多项荣誉称号。
陈卫，男，理学博士，1983年生。2006年获电子科技大学学士学位，同年考取了中国科学院理论物理研究所直博生。2008年获得法国国家奖学金资助，赴法国里昂高等师范学院继续深造。2011年至2012年，在美国弗吉尼亚联邦大学做访问学者， 2012年至2014年在芬兰阿尔托大学从事博士后研究工作。2014年9月做为中国科学院计算机网络信息中心引进人才回国，2017年6月起在中国科学院过程工程研究所工作。主要从事多尺度计算机模拟、相变理论、复杂系统临界现象方面的理论研究，已在Phys. Rev. Lett.、Langmuir等期刊发表论文30余篇。