分子动力学在材料科学中的应用
分子动力学模拟在材料科学中的应用
分子动力学模拟在材料科学中的应用分子动力学模拟（Molecular Dynamics Simulation, MD Simulation）是一种基于牛顿定律的计算方法，可以模拟分子在热力学平衡状态下的运动轨迹与内部结构，目前被广泛应用于材料科学的理论研究和新材料开发工作中。
本文将介绍分子动力学模拟在材料科学中的应用，并具体阐述其优势和发展前景。
一、理论基础分子动力学模拟的基本思想是将分子看成由原子组成的粒子系统，利用牛顿运动定律和哈密尔顿动力学方程求解出粒子间相互作用力，模拟分子系统在一定时间内的运动规律。
这种计算方法可以较精确地预测材料的物理化学性质、相变过程和结构演化等，对材料科学研究中很多难题具有重要的启发作用。
二、科学研究中的应用1. 材料热力学性质研究分子动力学模拟可以预测材料的热力学性质，如熔点、比热容、热膨胀系数和导热系数等等。
这些性质是材料工程和科学研究中的重要参数，可以指导材料的设计和应用。
例如，在高熔点金属中添加某些元素，可以降低其熔点，这种方法就是由计算机模拟得到的。
2. 材料相变机理研究相变是材料科学中的重要研究方向之一，如凝固、晶化、热处理等。
在这些研究中，分子动力学模拟可以通过跟踪原子的运动轨迹来研究相变的机理，为材料制备和加工提供理论依据。
例如，研究微米尺度下的晶体生长过程，可以在制备新材料时有所启发。
3. 新材料设计和模拟分子动力学模拟也可以用于设计新颖的材料结构，探索其物理和机械性质。
这种设计方法可以节省实验周期和成本，并缩短新材料的研究开发时间。
例如，在石墨烯化学修饰方面，合理设计材料结构以及对它们进行MD模拟，可以提高它们的电化学性能，使其更适用于能源存储等领域。
三、分子动力学模拟的优势和发展前景1. 精度高：分子动力学模拟可以针对具体的实验参数进行计算，避免了实验的诸多限制，可以得到更准确的物化性质和材料结构信息。
2. 易操作：分子动力学模拟方式相对简便，只需提供结构参数，运行代码即可，可在当前计算机及其下层的模拟软件实现。
分子动力学模拟方法在材料科学中的应用
分子动力学模拟方法在材料科学中的应用材料科学是一个广泛的领域，涉及多种不同类型和性质的材料，例如金属、聚合物、陶瓷、半导体和生物材料等。
这些材料在实际应用中的性能和可靠性往往取决于其内部结构和物理/化学特性。
因此，材料科学家经常需要研究材料的微观结构和性质，以了解它们的性能和制备方法，并指导新材料的设计和生产。
分子动力学模拟方法是一个在材料科学研究中广泛应用的计算工具，它可以模拟和预测材料的动力学行为和相互作用，为材料科学家提供有价值的信息。
本文将重点介绍分子动力学模拟方法在材料科学中的应用，包括其基本原理、计算方法和应用实例。
一、分子动力学模拟方法原理分子动力学是一种基于牛顿运动定律和分子力学原理的计算模拟方法。
在分子动力学模拟中，一个材料被视为由大量原子或分子组成的“颗粒”，并用牛顿力学规律来描述其运动和相互作用。
具体来说，分子动力学模拟主要包括以下几个步骤：1.确定算法模型和初始条件分子动力学模拟需要根据材料的特性和问题的需求来选择一个合适的算法模型，如力场模型、粘弹性模型或序参量模型等。
同时，需要给定初始的原子位置、速度、温度和压力等条件。
2.确定相互作用势能函数相互作用势能函数是分子动力学模拟的核心，它描述了分子之间相互作用的势能和力场响应。
常用的势能函数包括莫尔-库仑函数、范德华力函数、键角势函数等。
3.求解牛顿方程牛顿方程是分子动力学模拟的基本方程。
通过对每个原子施加力的均衡，牛顿方程可以计算出每个原子的位移和速度，从而得出整个系统的动态演化。
4.计算系统热力学性质在分子动力学模拟中，可以计算材料的热力学性质，如温度、能量、热容等。
通过这些性质可以研究材料的相变、热传导和热稳定性等特性。
二、分子动力学模拟方法计算和分析分子动力学模拟常用的计算方法有例如正则系综（NVT）和巨正则系综（NPT）等。
这些方法包括热力学过程的模拟，如吸收、扩散或表面反应等。
分子动力学模拟的应用范围很宽广。
分子动力学模拟在材料科学中的应用
分子动力学模拟在材料科学中的应用导言分子动力学模拟是一种基于牛顿力学和统计力学原理的计算模拟方法，通过模拟分子之间的相互作用，预测材料的物理性质和化学反应，广泛应用于材料科学领域。
本文将重点阐述分子动力学模拟在材料科学中的应用。
材料表面与界面的分子动力学模拟在材料科学中，表面和界面现象是重要的研究对象。
分子动力学模拟可以用于研究材料表面和界面的结构、动力学行为及相互作用。
例如，分子动力学模拟可以用于研究金属表面的化学反应，从而预测附加原子的类型和吸附位置。
此外，分子动力学模拟还可以研究液体与固体的相互作用，从而预测液体的界面张力、界面浓度等性质。
这些应用在表面科学和材料科学中具有重要的意义。
材料力学性能的分子动力学模拟除了表面和界面现象，分子动力学模拟还可以用于研究材料的力学性能。
例如，分子动力学模拟可以用于研究材料的力学强度和材料的形成和断裂。
此外，分子动力学模拟还可以用于预测材料的塑性和断裂机制。
这些应用在材料科学中具有重要的意义，可以帮助材料科学家设计更加坚固的材料。
材料电子结构的分子动力学模拟另一个分子动力学模拟在材料科学中的应用是研究材料的电子结构。
分子动力学模拟可以研究材料的电子结构，例如，材料的电导率和带隙。
分子动力学模拟还可以用于研究材料的光学性质，例如材料的吸收光谱和透射光谱。
这些应用在材料科学中具有重要的意义，可以帮助材料科学家设计更好的电子材料和光学材料。
材料热力学性质的分子动力学模拟最后，分子动力学模拟还可以用于研究材料的热力学性质。
分子动力学模拟可以用于研究材料的热膨胀系数、热导率和比热容等性质。
这些应用在材料科学中十分重要，可以有助于材料科学家优化材料的热学性能。
结论在本文中，我们探讨了分子动力学模拟在材料科学中的几个重要应用。
这些应用在材料科学领域中具有广泛的应用前景，并在材料科学领域中发挥着重要作用。
随着计算机科学技术的发展和分子动力学模拟方法的不断改进，我们相信分子动力学模拟在材料科学中的应用将会越来越广泛。
分子动力学在材料科学中的应用汇总
分子动力学在材料科学中的应用汇总分子动力学（Molecular Dynamics, MD）是一种以分子为基本单位的计算模拟方法，可以研究材料的结构、动力学、热力学等性质。
分子动力学模拟已被广泛应用于材料科学领域，包括金属、陶瓷、聚合物、生物材料等各种材料体系。
下面将对分子动力学在材料科学中的应用进行详细汇总。
1.原子尺度结构和性质预测分子动力学可以模拟材料的结构和性质，包括晶体、非晶体、表面和界面等。
例如，通过模拟晶体生长的过程，可以预测晶体的形状、尺寸和缺陷分布。
此外，还可以模拟纳米颗粒的聚集和自组装过程，用于设计新型纳米材料。
2.界面和表面性质研究界面和表面在材料科学中起着重要作用，决定了材料的结构和性能。
分子动力学可以模拟材料的表面和界面，研究其结构、稳定性和反应性。
例如，可以研究液体-固体界面的界面张力、润湿性和反应动力学，揭示材料的界面性质对液体吸附、反应速率等方面的影响。
3.材料性能的模拟和预测4.材料的相变和相变动力学材料的相变对其结构和性能具有重要影响。
分子动力学可以模拟材料的相变过程，研究相变的机理和动力学。
例如，可以研究材料的熔化、凝固、固相转变等相变过程，并分析相变过程中的晶体缺陷和界面行为。
5.界面和材料的反应性研究6.材料的应力应变行为研究7.生物材料的性能研究分子动力学在生物材料研究中的应用也很广泛。
可以模拟蛋白质、核酸和糖等生物大分子的结构和功能，研究其折叠、稳定性和相互作用。
此外，还可以模拟生物材料的界面和相互作用，研究药物传递、细胞材料相互作用等非平衡过程。
总之，分子动力学作为一种基于精确原子尺度的计算模拟方法，在材料科学中有着广泛的应用。
它可以模拟材料的结构、动力学、热力学和反应行为，为材料设计和性能优化提供重要的理论指导和预测。
分子动力学在材料研究中的应用
分子动力学在材料研究中的应用材料科学与工程是一门跨学科的研究领域，它涉及物理学、化学、数学等多个学科。
分子动力学（Molecular Dynamics，MD）是一种数值计算方法，可以模拟分子系统的结构和动态行为。
分子动力学作为一种基于粒子模型的材料模拟方法，在材料研究中具有广泛应用。
它可以模拟分子运动的量子力学过程，从而得出宏观尺度下的物理化学性质。
下面介绍分子动力学在材料研究中的应用。
1.材料表面和界面性质的研究材料表面和界面的结构和性质对材料的性能有重要影响。
分子动力学可以模拟材料表面和界面上分子的运动和相互作用，从而研究其结构和性质。
例如，在材料表面上的吸附行为研究中，分子动力学可以模拟吸附分子在表面上的运动，分析分子在表面上的吸附位点、吸附能力和表面覆盖度等特征。
这种模拟可以为材料表面的设计和改进提供依据。
2.材料结构和变形行为的研究分子动力学可以模拟实验难以观测的材料结构和变形行为。
例如，它可以模拟材料的拉伸和压缩过程，研究材料的弹性和塑性行为。
通过对分子运动和相互作用的模拟，可以得出材料的应力-应变曲线、杨氏模量等性质指标。
此外，分子动力学还可以模拟不同温度和压力下材料的相变和晶体生长过程，研究材料的物理化学性质。
这些模拟结果可以为材料的制备和应用提供理论指导。
3.材料界面和纳米材料的研究材料界面和纳米尺度的材料结构具有特殊的物理和化学性质，具有广泛的应用前景。
分子动力学可以模拟这些结构的运动和相互作用，研究其物理和化学性质。
例如，在纳米材料研究中，分子动力学可以模拟纳米粒子的表面结构和化学反应，预测其形状、大小、分散度和晶态等性质指标。
这种模拟为纳米材料的设计和制备提供了理论指导。
4.新材料设计和优化分子动力学可以模拟不同结构和组分的材料系统，评价其性能表现，为新材料的设计和优化提供理论指导。
例如，分子动力学可以模拟复合材料中不同组分的相互作用和界面结构，预测复合材料的力学性质和耐磨性能。
分子动力学及其应用
分子动力学及其应用分子动力学（Molecular Dynamics，简称MD）是一种计算方法，它模拟和研究原子和分子的运动方式和相互作用，从而推导出宏观物理系统的性能。
与其他理论方法相比，MD的优势在于能够直接模拟原子和分子的运动行为，来研究和预测宏观物理系统的行为。
MD在材料科学、生物医学和化学等领域都有广泛的应用。
以下是一些实际应用，展示了MD技术在解决复杂问题中所发挥的作用。
材料科学中的应用：1. 塑料反应：MD可以描述材料的动态行为，从而了解塑料反应中的细节进程。
这在研究塑料中添加剂的行为，以及如何发展新的塑料材料中非常有用。
2. 抗氧化剂：MD有助于研究抗氧化剂在高温环境下的稳定性，这有助于提高高温材料的性能，并开发出新的高温材料。
3. 光伏行业：MD用于研究太阳能电池中的电子结构和电荷转移，以及太阳能电池材料的性能，促进了太阳能电池技术的发展。
生物医学中的应用：1. 蛋白质折叠：MD可以模拟蛋白质在水中如何折叠的过程，进一步了解蛋白质的折叠机理，以及研究蛋白质构象稳定性和互相之间的作用。
2. 药物设计：MD被广泛应用于药物设计，以模拟药物如何引起生物大分子的变化以及如何与生物分子相互作用，从而开发出更有效的药物。
3. 治疗器械：MD也被广泛应用于治疗器械的设计，以模拟医疗器械与组织、血液等生物大分子相互作用，从而使医疗器械更加安全和有效。
化学中的应用：1. 催化剂：MD被广泛应用于催化剂的设计中，以了解在催化剂中添加其他元素后如何影响反应的活性和选择性，并设计新型催化剂。
2. 化学反应：MD可以模拟化学反应的分子运动和反应机理，并解释化学反应动力学的相关问题，如反应组成、反应速度和反应选择性。
总体来说，MD是一个极其有用而强大的工具，它可以帮助我们更好地理解纳米尺度和分子级别的行为，以及如何将这些行为应用于更大尺度的系统。
MD已经为材料科学、生物医学和化学等领域的问题提供了突破性的解决方案。
分子动力学在材料学中的应用
分子动力学在材料学中的应用分子动力学（Molecular Dynamics，MD）是一种计算方法，可以模拟和研究材料的原子和分子之间的运动和相互作用。
它是材料科学中的重要工具，广泛应用于材料的结构、热力学性质、机械性能以及材料间相互作用的研究。
本文将重点介绍分子动力学在材料学中的应用，并从理论和实验的角度进行讨论。
从理论的角度来看，分子动力学通过数值模拟来描述和预测材料中原子和分子的运动方式，可以从微观角度揭示材料的宏观性质。
通过MD模拟，研究人员可以了解材料的动力学过程、热力学性质以及材料行为的根本机制。
例如，在晶体材料的研究中，可以通过分子动力学模拟来研究晶体的稳定性、晶体生长与缺陷的形成、晶体材料的力学性能等。
而对于非晶态材料，由于其缺乏长程周期性结构，传统的计算方法存在一定的困难，分子动力学模拟成为了一种重要的手段。
通过分子动力学模拟，研究人员可以深入了解非晶态材料的结构演变、力学响应以及其与周围环境的相互作用。
从实验的角度来看，分子动力学模拟可以提供一些独特的信息，以指导实验设计和解释实验结果。
例如，在材料表面的研究中，通过分子动力学模拟可以研究材料表面的结构演化、原子与分子的吸附行为以及表面反应的机理。
这些信息可以帮助实验人员选择合适的材料处理方法、调节材料表面性质以及设计新型的吸附剂。
此外，通过分子动力学模拟可以研究材料的界面行为，如材料的界面相互作用、界面的稳定性以及界面的力学性能。
这些信息可以为设计新型的复合材料、骨接合材料以及其他具有界面性质的材料提供指导。
分子动力学模拟在材料学中的应用还包括研究材料的热力学性质。
通过分子动力学模拟，可以研究材料的热膨胀性质、热导率、热容等热力学性质，这些信息对于材料的热工性能研究、材料的热稳定性评估以及材料的应用都具有重要意义。
此外，分子动力学模拟还可以研究材料的输运性质，如材料中的扩散行为、离子迁移、电子迁移等。
这些信息对于设计新型材料、应用在电池、导电材料等领域具有重要意义。
分子动力学在材料科学中的应用
分子动力学在材料科学中的应用分子动力学（MD）是一种计算方法，用于模拟分子物质在一定时间尺度内的运动和相互作用。
它是材料科学中的一种重要工具，可以提供关于材料性质、结构和行为的有价值的信息。
下面是分子动力学在材料科学中的几个应用领域。
首先，分子动力学可以用于研究材料的热力学性质。
通过模拟材料的原子排列、相互作用和能量，可以计算出材料的热力学性质，如热容、热导率和热膨胀系数。
这些性质对于设计和优化材料的热管理性能至关重要，例如在电子器件和能源转化设备中。
通过分子动力学，研究人员可以更好地理解材料中原子的热运动和热传导机制，指导新材料的设计和性能改进。
其次，分子动力学还可以用于研究材料的力学性质。
通过分子动力学模拟，可以计算材料的应力-应变关系、弹性常数和断裂行为等力学性质。
这些性质对于设计和优化材料的力学性能至关重要，例如在结构材料和材料工程中。
通过分子动力学，研究人员可以更好地理解材料内部的微观结构和原子之间的相互作用，从而指导材料的设计和性能改善。
此外，分子动力学还可以用于研究材料的界面性质。
材料的界面对于许多应用来说至关重要，例如在电池、催化剂和材料涂覆中。
通过分子动力学，研究人员可以模拟和研究材料的界面结构、界面化学和界面行为，从而提供有关界面性能的重要信息。
这有助于指导新材料的界面设计和性能改进。
此外，分子动力学还可以用于研究材料的化学反应和反应动力学。
材料的化学反应对于许多应用来说至关重要，例如在催化剂、化学传感器和药物设计中。
通过分子动力学，研究人员可以模拟和研究材料的原子和分子之间的化学反应，从而提供有关反应机制和反应速率的重要信息。
这有助于指导新材料的设计和改进，以提高其化学反应效率和选择性。
综上所述，分子动力学在材料科学中有广泛的应用。
通过分子动力学模拟，研究人员可以获得有关材料的热力学性质、力学性质、界面性质和化学反应的重要信息，从而指导新材料的设计和性能改进。
这不仅有助于推动材料科学的发展，而且为实际应用中的材料设计和性能优化提供了重要的指导。
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分子动力学在材料科学中的应用摘要：本文综述了几种常见条件下的分子动力学模拟方法以及分子动力学模拟的最新发展趋势.介绍用分子动力学模拟方法研究固休的休相结构,表面问题,界面问题以及薄膜形成过程等方面的研究成果。
关键词：分子动力学; 计算机模拟; 材料科学1引言分子动力学（Molecular Dyanmica,简称MD）用于计算以固体、液体、气体为模型的单个分子运动，它是探索各种现象本质和某些新规律的一种强有力的计算机模拟方法，具有沟通宏观特性与微观结构的作用，对于许多在理论分析和实验观察上难以理解的现象可以做出一定的解释［1］。
MD方法不要求模型过分简化，可以基于分子（原子、离子）的排列和运动的模拟结果直接计算求和以实现宏观现象中的数值估算。
可以直接模拟许多宏观现象，取得和实验相符合或可以比较的结果，还可以提供微观结构、运动以及它们和体系宏观性质之间关系的极其明确的图象［2］。
MD以其不带近似、跟踪粒子轨迹、模拟结果准确［3］，而倍受研究者的关注，在物理、化学、材料、摩擦学等学科及纳米机械加工中得到广泛而成功的应用。
本文主要评述MD方法在材料科学中的应用.目前在材料微观结构的研究中，由于实验条件的限制，使得许多重要的微观结构的信息难以得到，如，对于由液态金属快速凝固的非晶转变过程，其微观结构的瞬时变化根本无法用实验仪器去测量。
理论分析、实验测定及模拟计算已成为现代材料科学研究的3种主要方法[2]。
20世纪90年代以来，由于计算机科学和技术的飞速发展，模拟计算的地位日渐突显。
计算机模拟可以提供实验上尚无法获得或很难获得的信息。
虽然计算机模拟不能完全取代实验，但可以用来指导实验的进行，从而促进理论和实践的发展，所以有必要对这一领域进行介绍。
2 分子动力学基本原理分子动力学将连续介质看成由N个原子或分子组成的粒子系统，各粒子之间的作用力可以通过量子力学势能函数求导得出，忽略量子效应后，运用经典牛顿力学建立系统粒子运动数学模型，通过数值求解得到粒子在相空间的运动轨迹，然后由统计物理学原理得出该系统相应的宏观动态、静态特性。
图1所示是MD模拟过程。
MD具体的做法是计算机上求运动方程的数值解。
通过适当的格式对方程进行近似，使之适于在计算机求数值解。
从使用连续变数和微分算符的描述过渡到使用离散变数和有限差分算符的描述，显然会有误差，误差的阶数取决于具体的近似机制，即所用的算法。
模拟首先是规定初始条件。
为了确定起见，可令初始位置在格子的格点上，而初始速度则从波尔兹曼分布得出。
一个按上述办法建立的系统不会具有所要的能量，而且，很可能这个状态并不对应于一个平衡态。
为了推动系统到达平衡，需要一个趋衡阶段。
可以通过增加或从系统中移走能量，对运动方程向前积分若干时间步，使系统弛豫到平衡态。
接着是物理量的计算阶段，沿着系统在相空间中的轨道计算一切令人感兴趣的量。
模拟中，MD采用周期边界条件和最小镜像原理，可以大幅度减少计算工作量［1］。
周期边界条件是将一定数量的粒子N集中在一定的容积V中，这个容积V称为原胞，原胞周围的部分可以看作是原胞的复制，它们称作镜像细胞。
这些镜像细胞的尺寸和形状与原胞完全相同，并且每个镜像细胞所包含的N个粒子是原胞中粒子的镜像，原胞在各个方向周期复制便形成了宏观物质样本。
这样只需根据原胞周围的边界条件计算原胞粒子的运动，幅度减少了工作量。
原子间作用势能模型的构造对于;MD法的应用至关重要。
最简单的偶势模型只考虑两体作用，而与其它原子无关，在模拟中运算量小。
20世纪80年代以来，各种经验或半经验的多体势模型迅速发展，特别是镶嵌原子法（EAM)［4］既克服了偶势的缺陷，又不会使计算量太大。
3分子模拟主要技术细节3．1 分子间作用势分子动力学模拟的首要条件就是要知道分子间的相互作用势，分子间作用势函数确定后，通过势函数对“求导即可得出分子间的作用力。
所以必须对分：子间的作用势进行研究，目前存在多种势能模型。
分子间势函数的发展经历了对势一多体势的过程。
对势认为原子之间的相互作用是两两之间的作用，与其他原子的位置无关；而实际上，在多原子体系中，一个原子的位置不同，将影响空间一定围的电子云分布，从而影响其他原子之间的有效相互作用，故多原子体系的势函数需更准确地用多体势表示。
在分子动力学模拟的初期，人们经常采用的是对势。
常用的对势模型包括Lennard—Jones势、Morse势、Born—Lande势及Johnson势。
在对势模型中，系统能量表示为原子对相互作用能量的加和。
对于简单的、高对称性的晶体，对势能够描述原子间的相互作用。
对势模型的主要缺点是忽略了多体原子间的相互作用，更具体地说，它是忽略了由于原子局域环境的变化引起的原子间相互作用的变化，因此需要建立新的模型。
基于EAM势的势函数还有很多种。
这些多体势大都用于金属的微观模拟。
为了将EAM势推广到共价键材料，需要考虑电子云的非球形对称。
于是，Baskes 等提出了修正型嵌入原子核法(MEAM)。
经过修正，Baskes理论已能解决上述问题，但其确定参数的过程相当复杂，应用上仍受到很大的限制。
Pasianot等试图在总能量中加入一修正项，以修正原EAM模型中2条基本假设所引起的能量差。
这一模型成功地描述了Nb、Fe、Cr等元素，但应用起来很繁杂。
邦维等综合考虑以上EAM模型的优缺点后，提出了分析型EAM理论，成为一个普适分析型EAM模型。
望宇等在邦维分析型EAM模型的基础上进行了改进，提出了改进的分析型EAM模型(MAEAM)。
此外，还有许多形式的多体势函数形式，如Jacobsen 等在等效介质原理(EMT)的基础上提出的另一种函数形式，由于其简单、有效，因此也得到了广泛的应用。
势函数确定后，通过对势函数求导即可得出分子间的作用力。
3．2周期性边界条件原子和分子体系的分子模拟的目的是提供一个宏观样本的物性信息。
在具有自由边界的三维N个粒子的体系中处于界面的分子数正比于N1脂。
在使用有限的原子数来模拟实际体系中原子的运动时，必须考虑表面对体系中原子运动的影响。
为避免这种影响，可以通过周期性边界条件来实现。
将含有N个粒子的体积当作具有与其相同单元无限周期点阵的原始单元(如图1是一个二维的示意图，在这个二维图象中每个单胞被其他的8个单胞所包围；在三维方向上每个单胞就会被26个单胞所包围)，一给定粒子则与在此无限周期体系中的全部其他粒子相互作用。
对有些模拟，在所有方向都用周期性边界条件是不合适的。
比如在研究表面的分子吸附时，在与表面垂直方向上不能用周期性边界条件，而仅在平行于表面的2个方向需要应用周期性边界条件。
4 分子动力学在材料科学中的应用4.1 分子动力学的适用围材料科学中计算模拟研究围极为广泛，从埃量级的量子力学计算到连续介质层次的有限元或有限差分模型，可分为4个层次：电子、原子、显微组织和宏观层次（见图2）。
;MD主要是原子尺度上研究体系中与时间和温度有关的性质的模拟方法。
最早将分子动力学方法用于材料研究中的是Vineyard 于1960年探讨材料辐射损伤的动力学规律。
模拟结果给出了原子轨迹，这一工作使得过去对热力学性能的定性估计迈向对微观过程的定量研究.1964年Rahman用MD方法模拟液体氩，同时加进了周期性边界条件，结果他惊奇地发现可以用很少的粒子（864个）来反映真实系统的热力学性质。
自此，凝聚态物质的分子动力学模拟成为可能，许多研究者纷纷投入这一研究工作。
最初应用是基于偶函数，如Lendard-Jones势函数和Morse势函数，模型简单，运算量小，而得以在材料科学中广泛应用。
但由于其未考虑到体积相关项，在研究材料的弹性系数性质和预言金属的结合能及空位形成能时，难以获得准确的结果［5］。
EAM多体势主要用于fcc型金属及其合金中，处理其结构、热力学、表面、缺陷及液态金属等问题，也应用于hcp及bcc型金属及合金，以及半导体Si。
一般，MD方法在中型机或微机上进行时，由于其存和运算速度的限制，模拟研究只能限于500-1000个原子的小系统。
因而模拟结果虽然也能揭示一些微观结构的特征和规律，但与实际的大系统情况有较大差异。
在并行处理系统上对更大量的原子系统进行模拟研究［6］，其结果必然会接近于实际，从而对生产实践将会更有实际指导意义。
4.2 分子动力学的应用4.2.1 金属的液态结构在目前实验条件下，液态金属的结构及其变化尚很难精确测定。
王鲁红等人［7］采用F-S型多体势描述了8种hcp型金属的液态微观结构并与实验相比较，模拟结果表明，Mg、Co和Zn的势函数可以较好的描述其液态结构，Ti和Zr 的势函数则不能；由Be和Ru的势函数描述的液态结构较为合理，Hf 则与一般液态结构特点不一致。
辉等人［8］采用EAM多体势模型，很好地描述了液态过渡金属Ni的结构变化特性。
4.2.2 薄膜形成过程薄膜研究是当今科学研究的热点之一。
目前在很多薄膜制备方法中，都应用了低能离子轰击技术，在这些方法中，低能离子/表面相互作用在控制薄膜的微观结构方面起着重要作用。
由于离子/表面相互作用发生在时间间隔小于10-12s，因而特别适合于用MD方法对这一过程进行描述。
薄腊研究是当今科学研究的热点之一目前在很多薄摸制备方法中,都应用了低能离子轰击技术,如离子束增强沉积,等离子休辅助化学汽相沉积、溅射沉积、离子辅助分子束处延等。
Garrison[9],Kitabtake[9]和郊正明四等人分别用低能粒子轰击Si(ool)一2xl表面,由此可用分子动力学方法研究低能粒子对表面原子行为的影响。
郊等人的研究表明,10ev,100ev粒子的轰击,一方面增强了表面原子形成二聚体(dimer)的能力,使表面二聚体键数增加,另一方面也使表面原子的排列更趋无序。
Ethier和Lewis[10]模拟了纯Si、Si0.5Ge0.5和纯Ge在si(loo)-2xl再构表面上用分子束处延(MBE)法生长膜的过程,其结果给出了薄膜质量与衬底温度之间的关系,即衬底温度较低时,形成的结构有序性较差;在高的衬底温度下,发生外延生长。
对于纯Ge的外延生长,只有最初的三层结晶,以后便出现岛状结构,这在定性上与实验和理论结果相一致。
4.2.3界面研究文献量报道了近十儿年来关于晶界的一些分子动力学模拟结果.目前有关界面的分子动力学模拟研究开展的不多.金属一金属界面的分子动力学模拟研究还有一些报道.明研究了Ag/Ni界面处裂纹扩展行为.Ag/Ni和Cu/Ni界面在弯曲状态下的力学行为作了分子动力学模拟研究，结果给出的力学性能曲线与宏观规律相符合,并给出了进行界面模拟时计算元胞的原子数为1000个左右.同时证明了界面的存在对复合材料性能影响很大,界面结构不同复合材料的性能也不相同。