Elektrospinning je metoda, kdy se silným elektrickým polem vytahují vlákna z roztoku či taveniny polymeru. Vlákna jsou velmi tenká (nanovlákna). Princip metody lze studovat i na mnohem jednodušším případě vody, příp. vody s ionty, viz J. Jirsák, F. Moučka a I.Nezbeda, Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53, 8257−8264 (dx.doi.org/10.1021/ie404268f). K simulaci použijte cookewslcP1 (paralelní verzi). K simulaci pouřijeme pro jednoduchost vodu SPC/E. =============== Silové pole =============== ----- Připravte soubor SPCE.che s tímto obsahem: ------ water SPC/E water model parameter_set = sea Hp0.4238 Hp0.4238 \ / On.8476 ----------------------------------------------------- a vygenerujte silové pole takto: blend -o voda -h SPCE =============== Box =============== Počet molekul by měl být spíš větší – několik tisíc. Můžete začít, řekněme, s 1000. Nejprve připravíme krychlový periodický box a pak ho zvětšíme ve směru z 3x tak, že se stane vrstvou. ÚKOL: Vypočtěte velikost krychlového boxu pro daný počet molekul a vyjádřete ho v Ångstromech (zde značený AA). Vhodný definiční soubor: ------------------ voda.def ----------------- n=POCET MOLEKUL N[0]=n ! pocet molekul vody SPC/E rho=0 ! referencni hustota [kg/m3] (1/10 boxu bude kapka) cutoff=0 ! elst cutoff pro Ewalda bude automaticky nastaven LJcutoff=12 ! LJ cutoff [A] x=DOPLNTE ! vypoctena hrana boxu [AA]; lze pouzit i vzorec obsahujici n L[0]=x ! x-velikost boxu L[1]=x ! y-velikost boxu L[2]=x ! z-velikost boxu noint=5 h=0.01/noint ! pocet kroku/cyklus a delka kroku [ps] dt.plb=0.1 ! jak casto se bude zapisovat "playback" [ps] dt.prt=0.1 ! jak casto se bude zapisovat radek protokolu thermostat="Berendsen"! frikcni termostat T=298 ! teplota [K] tau.T=2 ! defaultni casova konstanta termostatu [ps] ; ------------------------------------------------- ------------------ box.get ----------------- init="crystal" ! pravidelna mriz tau.T=0.1 ! rychle chladit no=30; ! 3 ps simulace -------------------------------------------- Simulaci spustíme na několika jádrech procesoru. Vhodný počet jader je (i s ohledem na kolegy) 2–4. Na různých strojích je maximum 8 až 24, ale tyto počty nedoporučuji kromě velmi velkých simulací (>10000 molekul). Simulace (cca 5 minut pro 5000 molekul na 2 procesorech na Selenu): jsub -p POCET_JADER -n JOBNAME cookewslcP1 voda box Prohlédnout relaxaci (hlavne koncovou teplotu): showcp -p box.cp =============== Vrstva =============== Soubor voda.def upravit tak, že bude obsahovat: L[2]=3*x ! z-velikost boxu (vyměnit řádek) load.L[2]=1 ! povolí změnu velikosti boxu (přidat před koncový ;) shift[2]=-x/2 ! konfiguraci periodicky posune tak, aby se vrstva lépe zobrazila Soubor box.get upravit tak, že bude obsahovat: ------------------ box.get ----------------- init="start" ! předchozí konfigurace tau.T=1 ! celkem pomalu chladit/relaxovat no=50; ! 5 ps simulace -------------------------------------------- Simulace: jsub -p POCET_JADER -n JOBNAME cookewslcP1 voda box Prohlédnout relaxaci (hlavne koncovou teplotu): showcp -p box.cp Prohlédnout konfiguraci: show box.plb ============== Simulace s polem ============= Vhodné pole je 1.5 V/nm (tj. 15e8 V/m) až 2 V/nm. Můžete zkusit i jiná pole. Ze souboru voda.def vyhodit příkazy zařizující změnu a posun boxu: L[2]=3*x ! z-velikost boxu - nechat ! load.L[2]=1 ! zakomentovat nebo smazat ! shift[2]=-x/2 ! zakomentovat nebo smazat Zkopírovat konfiguraci, např.: cp box.cfg E15e8.cfg Vhodné parametry simulace: ---------- E15e8.get --------------- init="start" tau.T=2 ! linejsi termostat el.E[2]=15e8 ! pole ve smeru z [V/m] no=10000; ! no=100 odpovídá 1 ps, chce to minimálně 100 ps ; ! automaticky se nastartuje další simulace s init="cont" ------------------------------------- Simulace; pro 5000 molekul na 2 procesorech na Selenu (403-as67-03) se spočítají 3–4 ps za hodinu. jsub -p POCET_JADER -n JOBNAME cookewslcP1 voda E15e8 Pro prohlížení je vhodná varianta: show -I$'\t'i E15e8 (za -I je počáteční vstup z klávesnice, tabulátor=$'\t'=otočení o 90°, i=start) Pokud zjistíte, že by bylo vhodné pokračovat, změňte v souboru *.get příkaz init="start" na init="cont" a zadejte job znovu. Pokud chcete definovaně (s možností restartu) běžící job ukončit, napište touch E15e8.stp po cca minutě se job ukončí. Otázky: - Při jaké intenzitě pole dojde k vytažení Taylorova kužele? - Záleží na směru pole? Všimněte si též natočení molekul na špičce kužele. - Jak dlouho po zapnutí pole dojde ke vzniku kužele? Jak rychle se kužel pohybuje?