scholarly journals Reduction of self-diffusion coefficient in a coarse-grained model of cytoplasm

2020 ◽  
Vol 2 (1) ◽  
Author(s):  
Tomoshige Miyaguchi
Keyword(s):  
Diffusion Coefficient ◽  
Coarse Grained ◽  
Self Diffusion ◽  
Coarse Grained Model ◽  
Self Diffusion Coefficient

PARAMETERIZATION OF COARSE GRAINED FORCE FIELDS FOR DYNAMIC PROPERTY OF ETHYLENE GLYCOL OLIGOMERS/WATER BINARY MIXTURES

2013 ◽  
Vol 12 (06) ◽  
pp. 1350051 ◽  
Author(s):  
TAMIO YAMAZAKI
Keyword(s):  
Diffusion Coefficient ◽  
Ethylene Glycol ◽  
Dynamic Properties ◽  
Md Simulations ◽  
Coarse Grained ◽  
Self Diffusion ◽  
Molecular Weights ◽  
Self Diffusion Coefficient ◽  
Glycol Oligomers

To evaluate shear viscosity of ethylene glycol oligomers (EGO)/water binary mixture by means of coarse-grained molecular dynamics (CG-MD) simulations, we proposed the self-diffusion-coefficient-based parameterization of non-bonded interactions among CG particles. Our parameterization procedure consists of three steps: (1) determination of bonded potentials, (2) scaling for time and solvent diffusivity and (3) optimization of Lennard-Jones parameters to reproduce experimental self-diffusion coefficient and density data. With the determined parameters and the scaling relations, we evaluated shear viscosities of aqueous solutions of EGOs with various molecular weights and concentrations. Our simulation results are in close agreement with the experimental data. The largest simulation in this article corresponds to a 1.2 μs atomistic simulation for 100,000 atoms. Our CG model with the parameterization scheme for CG particles may be useful to study the dynamic properties of a liquid which contains relatively low molecular weight polymers or oligomers.

scholarly journals Prediction of conformational and mixing properties of polymers relevant to lithographic applications through atomistic simulations

2019 ◽  
Author(s):  
Παναγιώτης-Νικόλαος Τζούνης
Keyword(s):  
Diffusion Coefficient ◽  
Self Assembly ◽  
Relaxation Times ◽  
Coarse Grained ◽  
Atomistic Simulations ◽  
Mixing Properties ◽  
Self Diffusion ◽  
Mesoscopic Models ◽  
Hildebrand Solubility Parameter ◽  
Self Diffusion Coefficient

Στη λιθογραφία κατευθυνόμενης αυτοσυναρμογής (Directed Self Assembly, DSA), οι ατομιστικές προσομοιώσεις μπορούν να παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τη δομή, τη θερμοδυναμική και τη δυναμική των πολυμερών. Βασικές ιδιότητες όπως η πυκνότητα και η παράμετρος διαλυτότητας, οι οποίες χρησιμοποιούνται στην DSA, μπορούν να εκτιμηθούν από τις ατομιστικές προσομοιώσεις και να χρησιμοποιηθούν ως παράμετροι εισόδου σε αδροποιημένα ή μεσοσκοπικά μοντέλα προσομοίωσης (coarse-grained or mesoscopic models). Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής μελετήθηκαν συστήματα πολυμερών τα οποία εφαρμόζονται στη λιθογραφία κατευθυνόμενης αυτοσυναρμογής (DSA). Υποβάλλοντας προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής εξισορροπήθηκαν αρχικά τα ακόλουθα καθαρά ολιγομερικά τήγματα: πολυστυρενίου (PS), πολυμεθακρυλικού μεθυλεστέρα (PMMA), πολυγαλακτικού οξέος (PLA), και πολυδιμεθυλοσιλοξανίοο (PDMS). Από τις τροχιές μοριακής δυναμικής που προέκυψαν εκτιμήθηκαν η πυκνότητα (ρ), η παράμετρoς διαλυτότητας Hildebrand (δ, Hildebrand solubility parameter), ο συντελεστής αυτοδιάχυσης (Dcm, self-diffusion coefficient), καθώς και οι χαρακτηριστικοί χρόνοι χαλάρωσης (τR, longest relaxation times). Εν συνεχεία, δημιουργήθηκαν τρεις αρχικές απεικονίσεις ολιγομερικών μειγμάτων: PS/PMMA, PS/PLA και PLA/PDMS. Τα μείγματα αυτά εξισορροπήθηκαν μέσω προσομοιώσεων μοριακής δυναμικής και από τις παραγόμενες τροχιές εκτιμήθηκε η ενθαλπία ανάμειξης (ΔmixH). Εν συνεχεία, μέσω της θεωρίας Flory-Huggins εκτιμήθηκε η παράμετρος αλληλεπίδρασης, χ, για το κάθε σύστημα, μια ιδιαίτερα σημαντική παράμετρος αφού καθορίζει την αναμειξιμότητα των δύο πολυμερών και το πάχος της διεπιφάνειας μεταξύ τους σε κατάσταση φασικού διαχωρισμού. Από την εκτίμηση της παραμέτρου χ για τα τρία μείγματα αναγνωρίσθηκε και αυτό που εμφανίζει τη μεγαλύτερη τιμή.Η ανάπτυξη μιας γενικής μεθοδολογίας για την εκτίμηση της ενέργειας ανάμειξης Gibbs έχει επίσης μεγάλη σημασία σε πολλές εφαρμογές πολυμερικών μειγμάτων και αδρομερών συμπολυμερών. Ξεκινώντας από την ενέργεια ανάμειξης Gibbs και εφαρμόζοντας τη θεωρία Flory-Huggins, μπορεί κανείς να εκτιμήσει τη παράμετρο αλληλεπίδρασης Flory-Huggins, χ, η οποία αποτελεί βασική παράμετρο στη λιθογραφία κατευθυνόμενης αυτοσυναρμογής (DSA). Η θεωρία Kirkwood-Buff επιτρέπει την εκτίμηση θερμοδυναμικών ιδιοτήτων που δεν μπορούν να εξαχθούν απευθείας από ατομικές προσομοιώσεις, όπως η ενέργεια Gibbs ανάμειξης (ΔmixG). Στην εργασία μας παρουσιάζουμε μια γενικευμένη μεθοδολογία βασισμένη στη θεωρία Kirkwood-Buff, η οποία μας επιτρέπει να διεξάγουμε πλήρη θερμοδυναμική ανάλυση σε δυαδικά μείγματα κανονικού εξανίου/αιθανόλης σε υγρή κατάσταση, για δυο ζεύγη θερμοκρασίας-πίεσης και σε διάφορα γραμμομοριακά κλάσματα, με σκοπό για να υπολογιστούν τα ολοκληρώματα Kirkwood-Buff (KB) στο ισόθερμο ισοβαρές στατιστικό σύνολο (NpT). Εν συνεχεία, υπολογίζουμε τους συντελεστές ενεργότητας, την ενέργεια Gibbs περισσείας, την ενθαλπία και την εντροπία περισσείας. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματά μας με τις εκτιμήσεις ατομιστικών προσομοιώσεων από προηγούμενη ερευνητική εργασία, καθώς και με πειραματικά δεδομένα, βρίσκουμε πολύ καλή συμφωνία.Το μήκος Kuhn είναι επίσης μια βασική παράμετρος εισαγωγής σε πολλά αδροποιημένα μοντέλα θεωρητικής ανάλυσης και προσομοίωσης πολυμερών, όπως η θεωρία αυτοσυνεπούς πεδίου (SCFT). Στη λιθογραφία κατευθυνόμενης αυτοσυναρμογής (DSA), το μήκος Kuhn ή, ισοδύναμα, η μέση τετραγωνική απόσταση από άκρο σε άκρο για δεδομένο μήκος αλυσίδας, είναι επίσης μια πολύ σημαντική παράμετρος εισόδου, η οποία περιγράφει τις διαστάσεις των συστάδων του συμπολυμερούς. Στη παρούσα εργασία αναπτύξαμε μια γενική μεθοδολογία για την εκτίμηση των διαστάσεων οποιασδήποτε πολυμερικής αλυσίδας σε αδιατάρακτη κατάσταση μέσω ατομιστικών προσομοιώσεων. Η μεθοδολογία βασίζεται σε προσομοιώσεις Monte Carlo (MC) μεμονωμένων αδιατάρακτων πολυμερικών αλυσίδων, οι οποίες υπόκεινται μόνο σε τοπικές αλληλεπιδράσεις κατά μήκος της ραχοκοκαλιάς (backbone) τους. Με βάση τη μεθοδολογία μας, προβλέψαμε τη δυσκαμψία (stiffness) για μια σειρά πολυμερών έναντι των τιμών των αντίστοιχων πολυμερικών τηγμάτων που υπολογίστηκαν τόσο από προσομοιώσεις ΜC, όσο και πειραματικά.H αναμειξιμότητα των πολυμερικών μειγμάτων πολλές φορές καθορίζεται από την τακτικότητα των πολυμερικών αλυσίδων οι οποίες αναμειγνύονται. Η επίδραση της τακτικότητας συνδέεται επίσης με τις διαφορετικές μικροφάσεις στις οποίες τα αντίστοιχα αδρομερή συμπολυμερή αυτο-οργανώνονται. Οι διαφορετικές τακτικότητες οδηγούν στο σχηματισμό διαφορετικών μικροφάσεων όπως στρώσεων, κυλίνδρων, εξαγώνων κλπ. Ως εκ τούτου, η τακτικότητα των πολυμερικών αλυσίδων είναι μια πολύ σημαντική παράμετρος σχεδιασμού σε εφαρμογές τους όπως η λιθογραφία κατευθυνόμενης αυτοσυναρμογής (DSA). Έχοντας αναπτύξει τη γενική μεθοδολογία για την πρόβλεψη των διαστάσεων οποιασδήποτε πολυμερικής αλυσίδας σε αδιατάρακτη κατάσταση, επικεντρωνόμαστε πλέον στην επίδραση της τακτικότητας στις διαστάσεις του ομοπολυμερούς πολυπροπυλενίου (ΡΡ) καθώς και συμπολυμερών (συσταδικών και τυχαίων) πολυ(αιθυλενίου-προπυλενίου). Διαπιστώνουμε ότι η τακτικότητα έχει σημαντική επίδραση στη δυσκαμψία του ομοπολυμερούς πολυπροπυλενίου (ΡΡ). Η δυσκαμψία παρουσιάζει μια μη-μονότονη συμπεριφορά συναρτήσει του ποσοστού μέσο (meso) δυάδων κατά μήκος της αλυσίδας. Έπειτα, αναπτύσσουμε ένα θεωρητικό μοντέλο για την περιγραφή της εξάρτησης της δυσκαμψίας του συμπολυμερούς πολυ(αιθυλενίου- προπυλενίου) από την περιεκτικότητά του σε προπυλένιο και την τακτικότητα της συστάδας του προπυλενίου. Τέλος, υπολογίζουμε την επίδραση τόσο της τακτικότητας όσο και της περιεκτικότητας σε προπυλένιο στη δυσκαμψία αλυσίδων τυχαίων συμπολυμερούς πολυ(αιθυλενίου-προπυλενίου) που αποτελούν πρότυπα συστήματα για τα ελαστομερή αιθυλενίου – προπυλενίου (EPM) και διαπιστώνουμε πολύ καλή συμφωνία με τις διαθέσιμες εκτιμήσεις από το μοντέλο περιστροφικών ισομερικών καταστάσεων (RIS). 

scholarly journals Effect of Modification on the Fluid Diffusion Coefficient in Silica Nanochannels

Molecules ◽  
2021 ◽  
Vol 26 (13) ◽  
pp. 4030
Author(s):  
Gengbiao Chen ◽  
Zhiwen Liu
Keyword(s):  
Diffusion Coefficient ◽  
Diffusion Coefficients ◽  
Surface Effect ◽  
Bulk Water ◽  
Self Diffusion ◽  
Average Diffusion Coefficient ◽  
Average Diffusion ◽  
Chain Lengths ◽  
Fluid Diffusion ◽  
Self Diffusion Coefficient

The diffusion behavior of fluid water in nanochannels with hydroxylation of silica gel and silanization of different modified chain lengths was simulated by the equilibrium molecular dynamics method. The diffusion coefficient of fluid water was calculated by the Einstein method and the Green–Kubo method, so as to analyze the change rule between the modification degree of nanochannels and the diffusion coefficient of fluid water. The results showed that the diffusion coefficient of fluid water increased with the length of the modified chain. The average diffusion coefficient of fluid water in the hydroxylated nanochannels was 8.01% of the bulk water diffusion coefficient, and the diffusion coefficients of fluid water in the –(CH2)3CH3, –(CH2)7CH3, and –(CH2)11CH3 nanochannels were 44.10%, 49.72%, and 53.80% of the diffusion coefficients of bulk water, respectively. In the above four wall characteristic models, the diffusion coefficients in the z direction were smaller than those in the other directions. However, with an increase in the silylation degree, the increased self-diffusion coefficient due to the surface effect could basically offset the decreased self-diffusion coefficient owing to the scale effect. In the four nanochannels, when the local diffusion coefficient of fluid water was in the range of 8 Å close to the wall, Dz was greater than Dxy, and beyond the range of 8 Å of the wall, the Dz was smaller than Dxy.

scholarly journals Insights into the interactions and dynamics of a DES formed by phenyl propionic acid and choline chloride

2021 ◽  
Vol 11 (1) ◽  
Author(s):  
Parisa Jahanbakhsh Bonab ◽  
Alireza Rastkar Ebrahimzadeh ◽  
Jaber Jahanbin Sardroodi
Keyword(s):  
Diffusion Coefficient ◽  
Liquid Phase ◽  
Propionic Acid ◽  
Structural Parameters ◽  
Choline Chloride ◽  
Self Diffusion ◽  
Phenyl Propionic Acid ◽  
Donor And Acceptor ◽  
Experimental Values ◽  
Self Diffusion Coefficient

AbstractDeep eutectic solvents (DESs) have received much attention in modern green chemistry as inexpensive and easy to handle analogous ionic liquids. This work employed molecular dynamics techniques to investigate the structure and dynamics of a DES system composed of choline chloride and phenyl propionic acid as a hydrogen bond donor and acceptor, respectively. Dynamical parameters such as mean square displacement, liquid phase self-diffusion coefficient and viscosity are calculated at the pressure of 0.1 MPa and temperatures 293, 321 and 400 K. The system size effect on the self-diffusion coefficient of DES species was also examined. Structural parameters such as liquid phase densities, hydrogen bonds, molecular dipole moment of species, and radial and spatial distribution functions (RDF and SDF) were investigated. The viscosity of the studied system was compared with the experimental values recently reported in the literature. A good agreement was observed between simulated and experimental values. The electrostatic and van der Waals nonbonding interaction energies between species were also evaluated and interpreted in terms of temperature. These investigations could play a vital role in the future development of these designer solvents.

Self-diffusion coefficient of lithium in lithium oxide

1979 ◽  
Vol 87 (2-3) ◽  
pp. 341-344 ◽  
Author(s):  
Y. Oishi ◽  
Y. Kamei ◽  
M. Akiyama ◽  
T. Yanagi
Keyword(s):  
Diffusion Coefficient ◽  
Lithium Oxide ◽  
Self Diffusion ◽  
Self Diffusion Coefficient

Viscosity and self-diffusion coefficient of linear polyethylene

1987 ◽  
Vol 20 (5) ◽  
pp. 1133-1141 ◽  
Author(s):  
D. S. Pearson ◽  
G. Ver Strate ◽  
E. Von Meerwall ◽  
F. C. Schilling
Keyword(s):  
Diffusion Coefficient ◽  
Linear Polyethylene ◽  
Self Diffusion ◽  
Self Diffusion Coefficient
Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document