Temperature Dependence of the Hydrophobic Hydration and Interaction of Simple Solutes: An Examination of Five Popular Water Models
我们研究了五种不同的流行的刚性水模型（SPC，SPCE，TIP 3 P，TIP 4P和TIP 5 P），使用MD模拟，以研究非极性Lennard-Jones溶质的疏水水合和相互作用作为温度的函数之间的范围在$275 {K}$和$375 {K}$。对于所有研究的模型和状态点，我们计算了惰性气体和甲烷的过剩化学势。所有水模型都表现出太小的水合熵，但表现出明显的层次结构。TIP 3 P显示最差的协议与实验，而TIP 5 P是最接近的实验数据在较低的温度和SPCE是最接近的在较高的温度。受Hummer等人（{ \em Chem.Phys.} 258，349-370（2000））表明，不同模型和真实水之间的差异可以基于恒定压力下的密度曲线来解释。此外，在环境条件下（TIP 5 P，SPCE和TIP 4P）的水结构的模型，给出了一个很好的代表性与实验数据比SPC和TIP 3 P显示出相当好的协议。通过一系列60 ns的模拟，我们直接计算了氙粒子间的疏水相互作用，发现缔合作用的温度依赖性与溶剂化熵的强度有关。尽管如此，模型之间的差异似乎需要一个更详细的分子图像。TIP 5 P模型显示了迄今为止最强的温度依赖性。建议的密度重新缩放也适用于氙-氙接触对配置，表明存在一个温度，疏水相互作用变成纯粹的排斥。预测的氙在真实水中的关联表明存在一个强烈的变化与温度。
2004-01-09 cond-mat.soft
Non-conformal coarse-grained potentials for water
众所周知，水是一种很难准确有效地建模的物质。在这里，我们专注于使用所谓的近似非共形（ANC）和广义Stockmayer势作为出发点的描述与每个分子的单个粗粒度粒子。它们拟合使用径向密度函数和密度的原子SPC/E模型通过下坡单纯形优化。与单原子水（mW）、ELBA以及SPC/E的直接迭代玻尔兹曼反演（IBI）的结果进行了比较。结果表明，对称势导致不可转移的模型，也就是说，他们需要重新参数化的新的状态点。这表明，可转让性可能需要更复杂的模型。此外，结果还表明，添加一个点偶极子是不够的，使电位准确和转移到不同的温度（300 K-500 K）和压力，没有适当的选择属性作为目标，在模型优化。
2017-08-02 cond-mat.soft physics.chem-ph
Benchmark free energies and entropies for saturated and compressed water
本文采用分子模拟方法计算了7种刚性水模型（SPC/E，TIP 3 P，TIP 4P，TIP 4P/2005，TIP 4P/Ew，TIP 5 P，OPC）在较宽温度和压力范围内的热力学性质。进行扩展的Wang-Landau模拟，我们得到了一个高精度的估计的巨正则配分函数，反过来，提供了访问的所有属性，包括自由能和熵，无论是在汽液共存和压缩水。共存的结果突出了统计函数的行为和热力学性质之间的密切联系。他们表明，亚组（SPC/E，TIP 4P/2005，TIP 4P/Ew）提供了最准确的汽液平衡性质的帐户。对于压缩水，模拟结果与实验数据的比较表明，TIP 4P/Ew模型在这里考虑的7种模型中表现最好，并捕获了熵和摩尔吉布斯自由能对压力的依赖性的实验趋势。
2021-08-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Dynamic Properties of Stretched Water
我们研究了水的扩展简单点电荷（SPC/E）模型在过冷区的动力学。当密度在恒定温度下降低时，负压下的动力学显示扩散常数$D$的最小值，这与较高压力下$D$的已知最大值互补。在旋转扩散中也观察到类似的趋势。
2002-01-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Gold Nanoparticles Passivated with Functionalized Alkylthiols: Simulations of Solvation in the Infinite Dilution Limit
用端基官能化的烷基硫醇，即CH $_3$，NH $_2$或COOH钝化的金纳米颗粒的溶剂化在不同程度的排斥-分散和静电相互作用的溶剂中进行了研究，从强极性SPC/E水到改性的混合水模型，其中Lennard-Jones对势能的贡献相对于SPC/E到完全非极性癸烷增强。使用纳米颗粒-溶剂对关联函数和四面体序参量监测由于纳米颗粒周围的溶剂重组作为配体和溶剂化学的函数的影响。癸烷的配体壳内的溶剂渗透是最大的，这表明与其他溶剂相比，癸烷中的溶质-溶剂相互作用更好。与本研究中使用的其他纳米颗粒相比，COOH端基官能化的纳米颗粒更多地破坏了水分子的四面体结构。配体重组及其对溶剂化的影响使用径向密度分布（RDPs），回转半径（$R_g$）和配体不对称参数（$\langle Δ\rangle$）进行监测。RDP和$R_g$值显示癸烷中的配体比模型水中的配体显著拉伸，这也与$\langle Δ\rangle$一致。所有纳米粒子的配体壳各向异性在SPC/E水中最大，在癸烷中最小。在真空、SPC/E水和H3.00改性的混合水中计算了两个相同的端基官能化纳米颗粒之间的平均力的各向同性势（$V_{PMF}(r)$），其一致地显示出有吸引力的阱深度。距离相关的波动驱动的各向异性也进行了研究。钝化的金纳米粒子从水分散体的自组装的影响，以及配体和溶剂化学的计算量的依赖性突出。
2020-02-04 cond-mat.soft
Comparative molecular dynamics simulations of charged solid-liquid interfaces with different water models
比较多种水模型在带电二氧化硅-NaCl溶液界面MD模拟中的表现，发现结合Stern层电荷与介电常数时，MD结果与Poisson-Boltzmann解析模型在0.21 M NaCl以下高度一致，为带电界面模拟提供了重要指导。
2025-08-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Water diffusion in carbon nanotubes for rigid and flexible models
我们比较了刚性和柔性水模型的扶手椅和锯齿形碳纳米管中的水的扩散。使用一个刚性模型TIP 4P/2005和两个柔性模型SPC/Fw和SPC/FH，我们发现水形成的氢键数量取决于纳米管的结构，直接影响水的扩散。模拟结果表明，由于碳纳米管的疏水性和水力场所施加的自由度，水分子倾向于避开碳纳米管的表面。这种变量的结合在水的扩散中起着核心作用，主要是在狭窄和/或变形的纳米管中，以非平凡的方式控制着承压水的流动性，其中水力场的自由度越大，其在限制中的流动性就越小，因为我们限制了面积/体积之间的竞争，并且它不再在改变水扩散率中起独特的作用。
2023-01-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Anomalous behavior of dispersion curves in water-like systems and water
本文考虑了模型岩心软化液和SPC/E水模型纵向激励的频散曲线。我们发现，这两个系统都表现出异常的激发频率的行为：激发的频率可以随着温度沿等容线降低，而在正常的液体中，他们应该增加。这一观察允许引入一个水异常-激发频率对温度的异常依赖性。
2018-12-23 cond-mat.soft
Mass Density Fluctuations in Quantum and Classical descriptions of Liquid Water
采用修正的Perdew-Burke-Ernzerhof泛函（revPBE）结合Grimme的第三代色散修正（D3）建立了描述水在环境条件下性质的第一性原理分子动力学模拟方案。这项研究还表明，在等压（NPT）和等温（NVT）合奏的水的结构的一致性。超越了标准的结构基准的液态水，我们计算连接到本地结构和质量密度波动，溶剂化和疏水性的概念有关的属性。我们直接将我们的revPBE结果与Becke-Lee-Yang-Parr（BLYP）加Grimme色散校正（D2）以及经验固定电荷模型（SPC/E）和多体相互作用势模型（MB-pol）进行比较，以进一步理解本文计算的性质如何取决于相互作用势的形式。
2017-03-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Elastic constants of Ice I$_h$ as described by semi-empirical water models
使用分子动力学模拟，我们计算了冰I $_h$的弹性常数为一组8个常用的半经验势水，即刚性分子SPC/E，TIP 4P，TIP 4P 2005，TIP 4P/冰和TIP 5 P模型，柔性分子qTIP 4P/Fw和SPC/Fw模型和粗粒度原子mW势。从定量角度来看，mW描述给出了最接近实验的各个刚度常数的值，而显式质子模型则显示出巨大的差异。另一方面，与所有的显式质子势相反，mW模型无法再现中心定性趋势，如杨氏模量和剪切模量的各向异性。这表明冰I $_h$的弹性行为与其分子性质密切相关，这在mW模型中已被粗粒化。这些意见是一致的，最近的表现有关的mW模型在冰I $_h$的机械性能的描述的局限性。
2018-11-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.comp-ph
Water at Positive and Negative Pressures
本文综述了近年来对两种液态水模型的分子动力学模拟结果：扩展简单点电荷模型（SPC/E）和Mahoney-Jorgensen可转移五点势模型（TIP 5 P）。TIP 5 P模型对包括正压和负压在内的大范围深度过冷态的模拟揭示了（i）存在非单调的"鼻形“最大密度温度（TMD）线和非重入的旋节线;（ii）存在低温相变。随着P的降低，TMD的斜率从负变为正，值得注意的是，两种行为之间的交叉点位于环境压力下（温度约为4 ℃，密度约为1 g/cm^3）。SPC/E模型的动力学的模拟显示（iii）在负压下的动态显示在扩散常数$D$的最小值时，密度在恒定的温度下降低，互补的已知的最大值D在较高的压力，和（iv）的最小值D相对于旋节线的轨迹表明，它们是在相图的介稳区域内。这些动力学结果反映了随着密度的降低，四面体结构和氢键网络的初始增强和随后的崩溃。
2002-06-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Configurational Entropy and Diffusivity of Supercooled Water
我们计算的SPC/E模型的水的状态点覆盖的（T，ρ）平面的大区域的构型熵S_conf。我们发现（i）S_conf的（T，rho）依赖性与扩散常数相关;（ii）S_conf中的极大值线跟踪密度极大值线。我们的模拟数据表明，即使在模式耦合温度T_MCT（rho）以上，动力学的强烈影响S_conf。
1999-08-27 cond-mat.soft
Single particle slow dynamics of confined water
本文对SPC/E水在SiO2孔中的流动进行了分子动力学模拟。在不同的水化水平和温度下进行了模拟，以研究单颗粒动力学。由于限制和亲水性表面的存在，液体的动态行为似乎强烈依赖于水合水平。在降低温度和/或水化水平的中间散射函数显示出双步松弛行为，其长时间的尾巴是强烈的非指数。在较高的水合作用下，可以检测到两种完全不同的水分子亚类。那些属于靠近衬底的前两层的分子在环境温度下已经严重减速。而其余的行为更像是过冷散装SPC/E水。在较低的水合和/或温度下，观察到由于笼效应和接近动力学玻璃化转变的过冷液体的典型场景而导致的缓慢动力学的开始。此外，对于低水合和/或温度，中间散射函数清楚地显示出过冲，这可以被分配给所谓的“玻色子峰”。
2000-03-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.soft
Isobaric-isothermal molecular dynamics computer simulations of the properties of water-1,2-dimethoxyethane model mixtures
等温等压分子动力学模拟已被执行，以检查一系列广泛的模型水-1，2-二甲氧基乙烷（DME）混合物的性质作为组成的函数。采用SPC-E和TIP 4P-Ew水模型以及修正的TraPPE模型对DME进行模拟。我们的主要重点是探索的径向分布函数，配位数和不同物种的分子之间的氢键数，和DME分子的构象的结构性质的行为的趋势。热力学性质，如密度，摩尔体积，混合焓和定压热容进行了检查。最后，计算并分析了体系的自扩散系数和介电常数。
2017-10-03 cond-mat.soft physics.chem-ph
Relation between Rotational and Translational Dynamic Heterogeneities in Water
我们使用分子动力学模拟探测SPC/E模型的水的旋转动力学的温度范围下降到200 K，13 K以上的模式耦合温度。我们发现，旋转动力学是空间异质性，即，在给定的时间间隔内，有分子团的旋转明显超过平均值，我们研究了这些团的大小和时间行为。我们发现，一个旋转的异质性的位置是强烈相关的平移异质性的位置，并且属于这两种异质性的分子的分数随着温度的降低而增加。我们进一步发现，虽然这两种类型的异质性是不相同的，但它们与同一物理图像。
2005-07-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Computer simulation of structural properties of dilute aqueous solutions of argon at supercritical conditions
本文用最近提出的极化势模型（BSV）和非极化简单点电荷扩展模型（SPC/E）对氩水溶液从常温到超临界状态进行了计算机模拟研究。在T=673 K，我们比较了氩-水混合物的水-溶质对关联函数与最近的实验结果从中子散射实验。结果表明，极化效应的引入减小了溶质-水排斥力，提高了超临界条件下溶质-水排斥力与实验的一致性。特别是我们发现，极化模型预测的水溶质结构与实验符合得很好。
2002-12-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Molecular Dynamics Study of Orientational Cooperativity in Water
最近对液态水的实验表明集体偶极取向波动比预期的要慢得多（弛豫时间$>$ 50 ns）[D. P. Shelton，Phys. Rev. B { \bf 72}，020201（R）（2005）]。SPC/E水的分子动力学模拟显示偶极场的大涡旋状结构在环境条件下存活超过300 ps [J. Higo at al. PNAS，{ \bf 98} 5961（2001）]。这两个结果不同意与水偶极子在类似的条件下，自相关时间是几个ps的以前的结果。受这些最新结果的启发，我们研究了水偶极子重取向使用分子动力学模拟在体SPC/E水的温度范围从环境温度300 K下降到深过冷区的相图在210 K。首先，我们计算偶极自相关函数，发现我们的模拟是很好地描述了一个拉伸指数衰减，从中我们计算{ \it取向自相关时间} $τ_{a}$。其次，我们定义了第二个特征时间，即分子偶极取向随机化所需的时间，{ \it自偶极随机化时间} $τ_{r}$，这是$τ_{a}$的上限;我们发现，$τ_{r}\approx 5 τ_{a}$。第三，检查是否有相关领域的偶极子在水中有较大的弛豫时间相比，个别偶极子，我们计算的随机化时间$τ_{\rm box}$的网站偶极子场，净偶极矩形成的一组分子属于一个盒子的边缘$L_{\rm box}$。我们发现对于$L_{\rm box}\approx 3$的{ \it站点偶极随机化时间}…
2005-10-24 cond-mat.soft
On the properties of a single OPLS-UA model curcumin molecule in water, methanol and dimethyl sulfoxide. Molecular dynamics computer simulation results
采用分子动力学（MD）方法，在等压-等温系综下研究了姜黄素单分子在水、甲醇和二甲基亚砜溶剂中的模型溶液性质.我们最近提出的姜黄素分子的联合原子OPLS力场（OPLS-UA）模型[J. Mol.液体，2016，223，707]与SPC/E水组合，以及用于甲醇和二甲亚砜的OPLS-UA型模型。我们已经非常详细地描述了由不同溶剂介质引起的溶质分子内部结构的变化。本文分析了溶质分子与溶剂粒子之间的对分布函数。不同物种之间的氢键的统计特征进行了探讨。最后，我们得到了姜黄素分子在三种模型溶剂中的自扩散系数。
2017-06-22 cond-mat.soft physics.chem-ph
Effects of translational and rotational degrees of freedom on the properties of model water
分子动力学模拟与单独的恒温器的旋转和平移运动被用来研究这些自由度的影响，在一个固定的密度水的结构。为了描述水分子，我们使用SPC/E模型。结果表明，旋转温度的增加，$T_\textrm{R}$，导致显着的氢键断裂。当平移温度$T_\textrm{T}$升高时，情况并非如此，至少不会达到这种程度。发现给定尺寸的空球形空腔（不存在水分子）的概率随着$T_\textrm{R}$的增加而显著降低，但这仅略微影响疏水物插入的自由能。过剩内能随着$T_\textrm{R}$的增加而成比例地增加，而在高温下，$T_\textrm{T}$的增加产生小得多的影响。水的扩散系数随旋转温度的增加呈现出非单调的行为。
2015-04-03 cond-mat.soft physics.chem-ph
Nonlinear dielectric relaxation of polar liquids
两个水模型，SPC/E和TIP 3 P，在一些温度下的分子动力学被用来测试Kivelson-Madden方程连接单粒子和集体介电弛豫时间通过Kirkwood因子。通过模拟证实了该关系，并用于估计电场对介电弛豫时间的非线性效应。我们表明，该领域的主要影响是通过减慢的单粒子旋转动力学和场引起的柯克伍德因子的变化的相对贡献是微不足道的水。非线性介电弛豫理论主要需要考虑场对极性液体中单个偶极子旋转的影响。
2022-05-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effect of the Berendsen thermostat on dynamical properties of water
Berendsen恒温器上的散装SPC/E水的动力学性质的影响进行测试，通过产生与各种观测值的波动相关的功率谱。Berendsen恒温器被发现是非常有效的，在很宽的频率范围内的标记粒子数量的波动中保持时间相关性。即使是在全球性质的波动，如总势能的相关性，是保存良好的时间周期短于恒温器的时间常数。从微正则极限的动力学行为的偏差，但是，总是随着恒温器的时间常数的值的增加而平滑地减少，但对于$τ_B$的一些中间值可能会稍大一些，特别是在过冷制度，这是类似于在散装水的缓慢弛豫过程的时间尺度。
2004-03-18 cond-mat.soft
Variations of the Hydrogen Bonding and of the Hydrogen Bonded Network in Ethanol-Water Mixtures on Cooling
广泛的分子动力学计算机模拟已经进行了乙醇-水液体混合物在富水侧的组成范围内，与10，20和30摩尔%的醇，在室温和给定的混合物的实验凝固点之间的温度。结合两种刚性水模型（SPC/E和TIP 4P/2005），对乙醇进行了全原子型（OPLS）原子间相互作用势假设。这两种组合都提供了在每个温度下的实验X射线总结构因子的良好再现;这为进一步的结构分析提供了强有力的基础。除了部分径向分布函数，氢键组装的各种描述符，以及氢键网络已被确定从模拟的粒子配置。一个明确的趋势是观察到，随着温度的降低，水分子参与氢键的比例增加，正好2供体和2受体网站。关于通过氢键结合在一起的较大组件，主要关注的是环状实体的性质：人们发现，类似于甲醇-水混合物，氢键环的数量随着温度的降低而增加。然而，对于乙醇-水混合物，可以观察到不是六重环而是五重环的优势。
2018-03-11 cond-mat.soft physics.chem-ph
Temperature dependence of electrokinetic flux in Si nanochannel
利用分子动力学模型研究了平板结构纳米通道中的温度对电动输运的影响。研究了一个由Na+和Cl-组成的溶解在水中的系统，该系统被限制在具有带负电荷的内表面的固定的晶体硅壁之间，在外部电场中。采用Lennard-Jones（LJ）力场和基于简单点电荷扩展（SPC/E）模型的库仑静电相互作用来描述离子、水分子和通道壁原子之间的相互作用。水和离子的流量对温度的依赖性进行了检查。水通量的大小，甚至其方向被证明是显着的温度影响。特别地，先前报道的流动反向现象在较高温度下不会发生。通量的温度依赖性归因于电荷重新分配和水的粘度的变化。
2010-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Manifestations of the structural origin of supercooled water's anomalies in the heterogeneous relaxation on the potential energy landscape
液态水在过冷状态下的热力学异常现象是众所周知的。唯象双态模型--基于液态水中存在两种相互竞争的局部态（或结构）的假设--在描述水的热力学异常方面非常成功。然而，液态水中这些相互竞争的局域态的精确结构特征仍然难以捉摸。在这里，我们采用了几何序参量-自由的方法来明确识别两种类型的竞争本地状态-熵和能量的青睐-显着不同的结构和能量的功能在TIP 4P/2005液态水。这种识别是基于系统在势能景观（PEL）中的最速下降能量最小化过程中的异质结构弛豫。这种非均匀弛豫是使用受挫磁系统中自旋玻璃转变启发的序参量来表征的。我们进一步建立了这两种态的布居涨落与过冷水热容反常行为之间的直接关系。熵有利的局部状态的成分依赖的空间分布显示了一个有趣的交叉，从一个跨越网络状的单个集群的空间离域集群在Widom线附近。此外，这项研究建立了直接的关系的地形特征的PEL和水的热力学异常在过冷状态，并提供了替代标记（除了最大的热力学响应函数的轨迹）Widom线在相平面。
2022-08-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Absence of superheating for ice Ih with a free surface : a new method of determining the melting point of different water models
对具有自由表面的冰Ih进行了分子动力学模拟。模拟在几个温度下进行，每次运行持续超过7 ns。在高温下，冰融化。它表明，融化过程开始在表面和传播到大部分的冰块。当温度低于熔点时，我们在冰面上观察到一层薄薄的液体，但冰块在整个过程中保持稳定。一旦温度达到熔点，整个冰块就会融化。我们的研究结果表明，与传统的模拟在NPT合奏的情况下，过热的冰Ih与自由表面不会发生。这样就可以估计零压力下冰的熔点。我们应用的方法，以下列模型的水：SPC/E，TIP 4P，TIP 4P/Ew，TIP 4P/冰和TIP 4P/2005，并发现良好的协议之间的熔化温度通过此程序获得的值从自由能计算或直接模拟的冰/水界面。
2013-04-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Connection between Adam-Gibbs Theory and Spatially Heterogeneous Dynamics
利用分子动力学模拟研究了SPC/E水模型中的空间非均匀动力学。我们将移动粒子团簇的平均质量$n^*$与扩散常数和组态熵联系起来。因此，$n^*$可以解释为“协同重排区域”的质量，该区域构成了过冷液体动力学的亚当-吉布斯理论的基础。最后，我们研究这些瞬态集群的时间和温度的依赖性。
2002-09-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Interaction of the model alkyltrimethylammonium ions with alkali halide salts: an explicit water molecular dynamics study
采用显式水分子动力学模拟方法，模拟了烷基三甲基铵表面活性剂离子（尾部亚甲基数目分别为3，5，8，10和12）分别与NaF，NaCl，NaBr和NaI盐混合的稀溶液. SPC/E模型用于描述水分子。在298 K的模拟结果的形式的径向分布函数的CH $_2$基团上的烷基三甲基铵离子的氮和碳原子，并在溶液中的抗衡物种。计算了表面活性剂碳原子与反离子的运行配位数。我们发现，I $^-$ counterweight表现出最高的，和F $^-$最低的亲和力“结合”的模型表面活性剂。的结果进行了讨论，鉴于现有的实验和模拟数据，这和类似的解决方案。
2013-12-16 cond-mat.soft
Effects of ion concentration and solvent composition on the properties of water-methanol solutions of NaCl. NPT molecular dynamics computer simulation results
采用等温等压分子动力学模拟研究了NaCl盐溶于水-甲醇混合物的模型溶液的微观结构和其他性质。SPC/E水模型和甲醇的联合原子模型与Dang [J. Amer. Chem. Soc.，1995，117，6954]来描述整个系统。我们的主要重点是研究两个变量，即溶剂组成和离子浓度对溶液的密度，对结构性质，物种的自扩散系数和介电常数的影响。此外，我们进行了详细的分析的第一配位数的物种。溶剂分子之间的氢键的平均数的行为的趋势进行了评价。
2018-06-26 cond-mat.soft
A Monte Carlo simulation study on the wetting behavior of water on graphite surface
本文是作者几年前发表的关于水在石墨上润湿转变模拟的快速通信（Phys. Rev. B，v76，041402（R），2007）的扩展版，旨在提供有关方法，参数和研究结果的更多细节，可能会引起某些读者的兴趣。基于SPC/E对水的经验势、10-4-3 van der Waals模型以及最近发展的水和石墨的诱导势和多极势，采用巨正则蒙特卡罗模拟结合多重直方图重加权计算了水在石墨上的吸附等温线。结果表明，水在石墨表面的润湿转变发生在475-480 K，预润湿临界温度在505-510 K之间。计算的润湿转变温度同意定量与先前预测的值，使用一个简单的模型。在润湿转变温度和预润湿临界温度之间的温度下观察到稳定和亚稳态共存，表明该转变是一级的。
2012-09-20 cond-mat.soft
On the composition dependence of the microscopic structure, thermodynamic, dynamic and dielectric properties of water-dimethyl formamide model mixtures. Molecular dynamics simulation results
等温等压分子动力学模拟已经进行了检查一个样本集的模型水-N，N-二甲基甲酰胺（DMF）的混合物的性质作为一个功能的组成。SPC-E和TIP 4P-Ew水模型以及DMF的两个联合原子模型[Chalaris M.，Samios J.化学物理学杂志，2000，112，8581; Cordeiro J.，国际量子化学杂志，1997，65，709]。我们的主要分析关注径向分布函数的结构性质的行为，以及不同物种的分子之间的氢键的数量以及热力学性质。即探讨密度、过量混合摩尔体积和焓、热容和过量混合热容。最后讨论了体系的自扩散系数和介电常数。此外，还对水-DMF混合物的表面张力进行了计算和分析。
2017-12-14 cond-mat.soft
Evaluation of the grand-canonical partition function using Expanded Wang-Landau simulations. V. Impact of an electric field on the thermodynamic properties and ideality contours of water
使用分子模拟，我们评估了电场对水的性质的影响，建模与SPC/E电位，在很宽的范围内的状态和条件。电场的顺序$0.1V/$的和超越被发现有一个显着的影响，对巨正则配分函数的水，导致在汽液共存的化学势的变化高达$20$ %。这反过来又导致临界温度增加，对于$0.2V/$蒸汽的区域，增加接近$7$ %，降低蒸汽压，并增加大得多的汽化熵（增加高达$35$ %）。我们解释这些结果在更大的密度变化的过渡和增加的结构秩序所造成的应用领域。压缩液体和超临界水的热力学也在很宽的压力范围内进行了分析，从而确定芝诺线和理想焓的曲线，跨越超临界区域的相图。通过对不同场强下的相图按其各自的临界性质进行重新标度，我们可以绘制出这些系统在$0.2V/$以下场强下的对应关系。
2021-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Molecular dynamics simulations of the properties of water-methanol mixtures. Effects of force fields
采用等温等压分子动力学模拟研究了水-甲醇液体混合物的微观结构和某些性质。将TIP 4P/2005和SPC/E水模型与联合原子TraPPE和全原子力场模型相结合。我们的主要重点是评估质量的预测模型力场的不同组合有关的组成依赖于该系统的基本属性。具体而言，我们探讨了组成对密度，过剩摩尔体积和过剩熵，以及对表面张力和静态介电常数的影响。此外，结构特性描述的配位数和组成物种的分子之间的氢键的平均数。最后，组分依赖的物种的自扩散系数进行了评估。所有的理论预测与实验数据进行了测试。
2019-03-27 cond-mat.soft
Distinct signature of two local structural motifs of liquid water in the scattering function
液体通常在冷却时变得更加有序。然而，这是一个长期存在的争论是否这种结构有序的液态水发生连续或不连续：连续与混合物模型。本文通过对三种流行的水模型的计算机模拟和对最近的散射实验数据的分析，指出在水的结构因子中，存在两个重叠的峰隐藏在表观的“第一衍射峰”中，其中一个峰对应于普通液体中相邻的O-O距离，另一个峰对应于四面体结构中密度波的最长周期。这明确地证明了两种局部结构基序的共存。我们的发现不仅为解决长期存在的关于水结构的争议提供了关键线索，而且还可以通过实验获得液态水结构有序的程度和范围。
2019-08-21 cond-mat.soft physics.chem-ph
Temperature-dependent structure of methanol-water mixtures on cooling: X-ray and neutron diffraction and molecular dynamics simulations
用高能同步辐射X射线和中子衍射技术研究了甲醇-水混合液的低温结构。因此，我们能够报告的第一套完整的X射线和中子加权总散射结构因子在整个组成范围内（在12个不同的甲醇浓度（x $_M$）从10到100摩尔%），并在温度从环境温度下降到冰点的混合物。新的衍射数据可以在以后的理论和模拟研究中作为参考。测量数据解释的分子动力学模拟，其中所有的原子OPLS/AA力场模型甲醇结合SPC/E和TIP 4P/2005水的潜力。虽然TIP 4P/2005水模型被认为是更成功的，这两种组合提供至少半定量的协议与测量的衍射数据。从模拟的粒子配置，部分径向分布函数，以及各种分布的氢键的数量已被确定。作为一般趋势，氢键的平均数在冷却时增加。然而，甲醇分子之间的氢键的数目随着温度的降低而略微减少。30和60摩尔%的酒精含量。从室温到193 K，对于甲醇含量高于70 mol %的水-水氢键也是如此。
2020-07-01 cond-mat.soft physics.chem-ph
Equilibration between Translational and Rotational Modes in Molecular Dynamics Simulations of Rigid Water Requires a Smaller Integration Time-Step Than Often Used
本文通过 0.5–3.0 fs 时间步长模拟 SPC/E 刚性水，发现常用 2 fs 会破坏平动与转动模式的能量均分并影响势能及水合熵，需采用 0.5 fs。
2023-08-16 cond-mat.soft physics.chem-ph
Self-Diffusion of Water through Thermally Activated Membranes
Universidade Federal Rural do Semi-Árido（半干旱地区联邦农村大学）
本研究通过分子动力学模拟探究热活化膜存在时SPC/E水的自扩散，明确膜的热控随机行为对水的动力学特性的局部影响，为膜调控的扩散过程研究提供了微观层面的依据。
2026-09-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the composition dependence of thermodynamic, dynamic and dielectric properties of water-methanol model mixtures. Molecular dynamics simulation results
我们已经研究了热力学和动力学性质，以及在整个组成范围内的水-甲醇模型混合物的介电常数，通过使用常压分子动力学模拟在环境条件下。SPC/E和TIP 4P/Ew水模型与甲醇的OPLS联合原子模型结合使用。不同种类的颗粒之间的氢键的平均数和不同键合的分子的分数的变化被放置在对应于过量混合体积和焓，自扩散系数和旋转松弛时间的行为。从这项工作中获得的结果的详细分析，我们得出结论，水-甲醇混合物的大量性质的描述的改进可能会达到，如果一个更复杂的，仔细参数化，例如，使用甲醇的全原子模型。此外，探索甲醇力场的参数化，同时应用不同的甲醇-水交叉相互作用的组合规则，是必要的。
2015-12-24 cond-mat.soft
Nonlocal Structural Effects of Water on DNA Homology Recognition
针对同源DNA识别机制，研究揭示了DNA周围结构化水的非局域介电响应效应能显著增强DNA-DNA相互作用的识别驱动力，弥补了经典静电学模型在短程间距下的不足。
2024-03-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Lambda-type sharp rise in the widths of Raman and infra-red line shape near the Widom line in super-critical water above its gas-liquid critical temperature
液氮在其临界温度附近的喇曼谱线宽度的一种辐散式上升，在过去[1-5]中曾有过许多讨论。在这里，我们探讨了这种异常的可能性，在红外和拉曼光谱的超临界水（SCW）通过改变整个Widom线的密度略高于其临界温度。振动相位弛豫有望成为研究流体动力学的灵敏探针。我们对两种不同的模型势（SPC/E和TIP 4P/2005）进行了计算机模拟，以获得必要的时间关联函数。这项工作的另一个特点是量子化学计算的非谐性参数，在很大程度上控制频率波动。当我们穿过Widom线时，我们发现两种模型的振动弛豫速率（或线宽）都急剧上升。在水中，这种上升明显不如在氮气中那么剧烈。我们将这种差异归因于水中更快的弛豫速率。我们表明，异常的上升是由于均方频率波动的急剧增加，而不是由于任何动力学临界减慢，因为归一化的频率-频率时间关联函数的时间常数显示缺乏任何明显的变化，因为我们移动过Widom线。我们提出了一个解释的观察结果，使用模式耦合理论的液体动力学。
2016-04-30 cond-mat.soft physics.chem-ph
Aspects of the microscopic structure of curcumin solutions with water-dimethylsulfoxide solvent. Molecular dynamics computer simulation study
通过分子动力学模拟研究了姜黄素在水-DMSO混合溶剂中的微观结构，揭示了增加DMSO含量促使姜黄素簇解聚的机制，并探讨了模型预测与临界水聚集百分比的关联。
2023-08-11 cond-mat.soft
Molecular Dynamics Study of Transport Properties of Cysteine in Water
分子动力学模拟是分析系统动力学性质的重要手段。利用GROMACS软件对半胱氨酸在SPCE水溶液中的扩散过程进行了分子动力学模拟，研究了5种不同温度（288 K，293 K，303 K，313 K，323 K）和1bar压力下的扩散过程。在整个模拟过程中使用OPLS AA力场参数。所研究的体系由3个半胱氨酸分子（摩尔分数0.003）作为溶质和1039个水分子（摩尔分数0.997）作为溶剂组成。研究了溶剂-溶剂和溶质-溶剂分子五种不同原子组合的径向分布函数（RDFs），用于结构分析。在RDFs图中观察到至少两个或更多个不同的峰，这意味着溶剂溶剂和溶质溶剂的原子之间存在至少多达两个配位壳层的相互作用。利用爱因斯坦方程中的均方位移（MSD）确定溶质和溶剂的自扩散系数。利用自扩散系数，通过Darkens关系计算二元扩散系数。自扩散系数和二元扩散系数的计算值与实验值进行了比较，两者的一致性在12%以内。扩散的温度依赖性表明通过Arrhenius图，并与这些图的帮助下，扩散的活化能计算与实验结果在13%以内同意。
2018-09-24 cond-mat.soft physics.chem-ph
From Local Structure to Thermodynamics and Transport of Water with Machine Learning Force Fields
Institute of Applied Physics, TU Wien（维也纳工业大学应用物理研究所）
研究利用机器学习力场评估液态水相关性质，不同密度泛函理论交换关联泛函会影响预测结果；RPBE-D3与实验结果最一致，经典SPC/E模型与RPBE-D3有相似性，揭示了平动和取向熵贡献与自扩散系数的关系。
2026-08-03 cond-mat.soft
The structural order of protein hydration water
水溶解生物分子的能力对我们的生命至关重要。研究表明，蛋白质对水在其水化壳层中的行为有着深刻的影响，而水的行为反过来又影响着蛋白质的结构和功能。然而，由于缺乏合适的结合蛋白质/水界面上氢键信息的结构描述符，至今对蛋白质是否促进或破坏水在其水化壳层中的结构有序性仍没有一致的认识。本文对溶菌酶蛋白质在水中的分子动力学行为进行了全原子分子动力学模拟，并利用新开发的结构描述子分析了蛋白质水合水的氢键结构。我们发现，蛋白质促进水化水的局部结构有序化，而对单个氢键的强度的影响可以忽略不计。这些发现对生物分子的结构和功能至关重要，并为蛋白质在水中的水合作用提供了新的见解。
2022-08-25 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.chem-ph
Machine learning evaluation of structural descriptors for supercooled water
The University of Osaka（大阪大学）
本文利用神经网络温度分类框架评估16种结构描述符，揭示其区分超冷却水温度依赖性结构变化的能力，并通过可解释人工智能方法确定影响模型预测的结构特征。
2026-07-10 cond-mat.soft physics.chem-ph
Structural Order in Glassy Water
我们使用扩展的简单点电荷（SPC/E）模型进行经典的分子动力学模拟的水在玻璃态水的结构顺序。我们在不同的冷却速率和密度下，在玻璃化转变温度范围内进行等容冷却模拟。我们量化结构顺序的取向和平移顺序度量。在将液体冷却到玻璃态时，取向序参量$Q$和平移序参量$τ$都增加。在T=0 K时，玻璃落在$Q$ - $τ$平面或{ \it有序映射}中的线上。这条线的位置仅取决于密度，并且与冷却时采样的固有结构（IS）的有序图中的位置一致。我们评估的能量的IS，$e_{IS}(T)$，并发现，这两个序参量的IS是成正比的$e_{IS}$。我们还研究了低密度无定形冰（LDA）的高密度无定形冰（HDA）的转变过程中等温压缩的结构顺序，并能够识别对应于这些玻璃的顺序图中的不同区域。LDA和HDA的序参量与等容冷却后获得的顺序参数的比较表明，通过冷却获得的玻璃和通过压缩获得的玻璃之间的主要结构差异。这些结构上的差异仅仅微弱地反映在配对关联函数中。我们还表征了等压退火后的结构顺序的演变，导致在高压非常高密度的非晶冰（VHDA）。
2005-02-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
vdW-DF Study of energetic, structural, and vibrational properties of small water clusters and ice Ih
我们目前的结果小水团簇和六角形冰Ih的密度泛函理论研究，使用范德华密度泛函（VDW-DF）。特别是，我们研究这些系统的能量，结构和振动特性。我们的结果表现出良好的协议与实验和量子化学计算，并显示了系统和一致的改进标准交换相关泛函-使vdw-DF解决长期存在的困难与密度泛函理论在描述水的一个有前途的候选人。此外，通过比较我们的vdw-DF结果与量子化学计算和其他标准交换相关泛函，我们揭示了为什么标准泛函往往不能准确地描述这些系统的问题。
2011-06-23 cond-mat.soft physics.chem-ph
Molecular Structural Dynamics in Water-Ethanol Mixtures: Spectroscopy with Polarized Neutrons Simultaneously Accessing Collective and Self-Diffusion
本研究针对水-乙醇二元混合物的非线性相行为及团簇假说，采用带极化分析的高分辨中子飞行时间光谱结合选择性氘代技术，分离自扩散与集体扩散信号，发现介观尺度氢键网络刚性随乙醇占比升高而增强，验证了团簇假说。
2023-10-06 cond-mat.soft physics.chem-ph
Structural aspects of the clustering of curcumin molecules in water. Molecular dynamics computer simulation study
本研究采用 OPLS-UA 姜黄素模型与 SPC-E 水模型，通过分子动力学模拟揭示不同浓度下姜黄素在水中的团簇形成、内部结构、扩散及周围水分布。
2023-04-22 cond-mat.soft
Temperature-dependent structure of 1-propanol/water mixtures: X-ray diffraction experiments and computer simulations at low and high alcohol contents
本文用高能同步辐射X射线衍射研究了正丙醇水溶液在冷却过程中的结构。报道了从室温到液体凝固点的6种混合物的X射线加权总散射结构因子，从8mol%到89mol%的醇含量，以及纯1-丙醇。为了解释测量数据，进行了分子动力学模拟。全原子OPLS-AA势模型用于1-丙醇，结合SPC/E和TIP 4P/2005水模型：这两种组合提供了在低和高醇含量下测得的总结构因子的半定量描述，而对于具有71摩尔% 1-丙醇的混合物，一致性是定性的。从模拟的粒子配置，部分径向分布函数进行了计算。此外，氢键网络提供了详细的描述，在氢键数，质子给体-受体比的分析，氢键簇的大小分布和环的大小统计。强烈的温度依赖性的逾渗阈值，以及参与的双氢键的分子在环状实体的数量，已被发现与89摩尔%的1-丙醇的混合物。醇含量高于20 mol%时，5-折叠环是最常见的环状实体，在环数方面具有强烈的温度依赖性。
2021-08-24 cond-mat.soft physics.chem-ph
Dynamical Transitions of Supercooled Water in Graphene oxide Nanopores: Influence of Surface Hydrophobicity
采用分子动力学模拟研究了氧化石墨烯纳米孔中强约束水和轻度过冷水的动力学交叉现象。在相反的研究，禁闭是用来研究散装水的性质，我们感兴趣的是在没有任何散装水的情况下，强承压水的动态过渡。氧化石墨烯表面的物理化学性质对动态转变的影响是通过改变疏水性的程度上的限制表面上放置在10埃的表面间分离，。所有的动力学量显示一个典型的放缓的温度从298到200 K降低，然而，过渡的性质是一个不同的功能的表面类型。在237 K的交叉温度下，亲水区和疏水区之间的水在扩散系数和旋转弛豫时间上表现出从强到强的动力学转变，在238 K时，$α$弛豫时间表现出从弱到强的动力学转变.所观察到的交叉温度远高于本研究中使用的SPC/E水模型的凝固点，表明这些动态转变可以发生在没有大体积水的情况下，在强约束下的温和过冷。相比之下，限制在亲水性孔隙中的水在整个温度范围内显示出单一的Arrhenius能垒。我们的研究结果表明，除了限制，表面的性质可以发挥关键作用，在确定水的动力学过渡过冷。
2020-03-06 cond-mat.soft
Structural Order for One-Scale and Two-Scale Potentials
我们进行分子动力学模拟，以调查结构秩序和水的动态和热力学异常球对称势具有一个或两个特征长度尺度之间的关系。第一个势函数只有一个长度尺度，即没有硬核的斜坡直径，第二个势函数有两个长度尺度：一个是斜坡直径（软核），另一个是硬核直径，比率为1.76。结构有序性由平移和取向序参量表征。只有两个规模的斜坡潜力表现出显着相似的水和二氧化硅的结构顺序，动态异常和热力学异常之间的关系。我们发现：（i）动力学和热力学异常都存在于单尺度和双尺度斜坡势中;（ii）类水结构有序异常只存在于双尺度斜坡势中。我们的研究结果表明，结构秩序和异常之间的水的关系是有关的存在两个不同的长度尺度的潜力。
2006-01-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Heat Capacity Effects Associated with the Hydrophobic Hydration and Interaction of Simple Solutes: A Detailed Structural and Energetical Analysis Based on MD Simulations
我们研究了SPCE和TIP 5 P水模型，以研究与氙粒子的疏水水合和相互作用相关的热容效应。我们采用Widom粒子插入技术计算氙的过剩化学势。溶剂化焓和过剩热容量从化学势的温度依赖性获得，或者直接通过埃瓦尔德求和以及基于反应场的方法获得。所有三种不同的方法都提供了一致的结果。反应场方法允许将各个组分的溶剂化热容量分离成溶质/溶剂和溶剂/溶剂部分，揭示溶剂/溶剂部分作为主要贡献。在不同间隔处围绕一对氙粒子的水分子的热容量的详细空间分析揭示，在两个氙原子之间的二等分平面中的水分子的热容量的增强是在去溶剂化势垒处观察到的热容量的最大值的原因，最近由Shimizu和Chan报道（{ \em J. Am. Chem. Soc.}，{ \bf 123}，2083- 2084（2001））。在联合氙-氙水化壳的凹部中的水的热容量增大了约60%，这是随着温度的升高而增强的氢键和增强的氢键断裂的反作用的结果。两种模型在氙-氙接触状态下热容的差异归因于水模型体热容的不同，以及疏水颗粒引入的结构效应在空间上的不同延伸。讨论了联合氙-氙水化壳层中水的不同状态之间的相似性和拉伸水的性质。
2004-02-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structural and topological changes across the liquid-liquid transition in water
最近的研究表明，水的TIP 4P/Ice模型可以在低于其液-液临界温度的亚稳平衡下进行数值研究。我们在这里报告模拟沿亚临界等温线，其中两个液体状态具有相同的压力和温度，但不同的密度，可以平衡。这使得在整个过渡期间发生的结构变化清晰可见。我们特别关注氢键网络的拓扑性质如何在液-液转变过程中发生变化。我们的研究结果表明，高密度液体的结构，其特征在于间隙分子的存在，通常解释为第二个邻居壳的崩溃，实际上起源于长环的折叠，在空间中由几个氢键分离的分子对。
2021-04-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Supercritical density fluctuations and structural heterogeneity in supercooled water-glycerol microdroplets
本研究利用快速蒸发冷却和超快X射线散射技术，发现过冷甘油-水微滴的密度涨落和等温压缩率在冷却时增加，分子动力学模拟证实甘油使最大压缩率温度降低，揭示了水液-液相变与水溶液性质的相互作用及其对冷冻保存的意义。
2024-10-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
