介觀尺度模擬
透過共混的物理方法得到具有工程上要求的特定物理性質的高分子材料而不再去進行設計具有類似性質的共聚物，是目前工業界所採用節省成本的新方法。然而尚沒有簡單可循的方法來判斷哪些高分子能夠共混以及瞭解在共混時如何形成穩定相態的機制。如果要從要實驗上(包括化學合成, 結構鑑定和物性檢驗等方法)來尋找有效的方案,所需的費用及時間將會很大。而利用分子模擬的方法來瞭解高分子共混時的作用機制及最後穩定相態,則可以大大地縮短所需的成本和時間。
聚合物的基本特徵是鍵式結構，因而具有其它材料所沒有的標度性，是最典型的多尺度體系。聚合物的多尺度包括空間尺度，即從單分子到最終的成型材料，也包括時間尺度，即跨越了一、二十各數量級的鬆弛時間譜。
傳統的分子動力學(MD)模擬是在週期性邊界的假設下，來模擬一單位晶格（Unit Cell）內分子的作用及運動情形，並計算模擬材料的性質及相態；舉例來說：一個單純只有水的系統，晶格的尺寸長度為10nm的話，則系統中就會含有數萬顆的原子，如此數量的原子對電腦的計算上已經是相當大的負荷了。對於一個具有巨大分子量的高分子共聚物所形成的相圖，其週期邊界可能為數10nm或上百nm，而且模擬時間的尺度也必須拉長，這樣在傳統的分子模擬上勢必不可行，所以這裡我們必須採用介觀尺度(mesoscale)的模擬。
介觀尺度的模擬用比微觀(microscale)的分子模型大很多的基本單元來描述固體材料、各種流體和氣體，通過電腦的動力學模擬來確定該模型的結構、性質與動力學演變過程。所以介觀尺度模擬方法能夠模擬的體系，其空間尺度與時間尺度都遠遠大於傳統的分子模擬方法所能描述的體系。也因此，介觀尺度模擬方法被應用在奈米到微米的尺度上研究液體、共混及結構材料，有助於解決配方化學、高分子科學和化學工程所涉及到的複雜問題；這些應用包括膠束形成、膠體絮狀物構造、乳化、流變學、共聚物及高分子共混形態以及通過多孔介質的流動等研究。介觀模型方法可以模擬真實實驗處理條件（壓力、溫度、實驗時間等）下聚合物或膠體溶液的化學形態、微觀形貌、相分離以及流變性等，為聚合物複雜流體的研究提供了強大的理論預測工具。
目前，介觀尺度計算方法的相關研究者眾，比較常用的有直接模擬蒙地卡羅(Direct Simulation Monte Carlo; DSMC)、平滑粒子水動力學(Smoothed Particle Hydrodynamics;SPH)、網格波茲曼法(Lattice Boltzman Method; LBM)， 以及耗散粒子動力學(Dissipative Particle Dynamics; DPD；大陸譯為"軟粒子動力學法")等。上述方法之源起與適用領域各有所不同，直接模擬蒙地卡羅適於描述稀薄氣體(Rare Gas)；平滑粒子水動力學多用於天文學之星系模擬；網格波茲曼法則特別適於計算具複雜邊界形狀之流體行為。至於耗散粒子動力學，則多被用來模擬流體相分離(Phase Separation)、界面活性劑(Surfactant)等高分子於水中運動等現象。
耗散粒子動力計算為一介觀尺度之水動力學計算方法，適合模擬奈米至微米尺度之複雜流體，例如：膠體、懸浮微粒於流體中之運動等現象。此外，耗散粒子動力計算屬粗粒化方法(Coarse Grained Method)，其以單一粒子代表一個至數百甚至數千的原子，用以模擬不發生化學反應的複雜流體系統極為合適。
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號稱DPD領域的聖經:
1、R.D. Groot and P.B. Warren, 「Dissipative particle dynamics: Bridging the gap between atomistic and mesoscopic simulation,」 J. of Chem. Phys., 107(11), p.4423-4435 (1997)
2、R.D. Groot, and T.J. Madden, 」Dynamic Simulation of Diblock Coploymer Microphase Separation , Journal of Chemical Physics, 108(20), p.8713(1998)
小弟唸的是"Dissipative Particle Dynamics"，所以若是大大對DPD有興趣者，歡迎來與小弟討論。
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本帖最後由 sendoh96 於 2007-2-9 11:26 編輯 ]
