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Molecular Modelling—an Enabling Technology for Chemical Engineers

Authors

  • Phillip Choi

    Corresponding author
    1. Department of Chemical and Materials Engineering, University of Alberta, Edmonton, AB, Canada T6G 2G6
    • Department of Chemical and Materials Engineering, University of Alberta, Edmonton, AB, Canada T6G 2G6
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Abstract

This article briefly describes the basic concepts involved in the two most commonly used molecular modelling methods—molecular dynamics (MD) and Monte Carlo (MC). The methods are particularly useful for studying structures at the length scale of nanometre. Two examples (both are on the study of the miscibility of polyolefin blends) are used to illustrate the techniques. It is demonstrated that it is the nano-scaled structures formed by the segments of the constituent polyolefins that prevent them from mixing with each other. The examples also show that selection of specific method (MD or MC) depends on the nature of the problem in hand. In general, MC is more efficient than MD in terms of generating equilibrated structure while MD can provide information about the dynamics of a system. This is simply because MD requires the solution of equations of motion (a set of second order differential equations) while MC does not. Nonetheless, both methods need a reasonably accurate force field.

Abstract

Cet article décrit brièvement les concepts fondamentaux des deux méthodes de modélisation les plus communément utilisées, soient la dynamique moléculaire (MD) et la technique Monte Carlo (MC). Ces méthodes sont particulièrement utiles pour l'étude des structures à l'échelle de longueur du nanomètre. Deux exemples (les deux sur la miscibilité de mélanges de polyoléfines) permettent d'illustrer ces techniques. Il est démontré que ce sont les structures d'échelle nanométriques formées par les segments des polyoléfines constituantes qui les empêchent de se mélanger entre elles. Ces exemples montrent également que le choix d'une méthode spécifique (MD ou MC) dépend de la nature du problème en main. En général, la MC est plus efficace que la MD pour ce qui est de produire une structure équilibrée, tandis que la MD peut fournir de l'information sur la dynamique d'un système. Ceci est simplement dû au fait que la MD nécessite la résolution des équations de déplacement (une série d'équations différentielles de second ordre) contrairement à la MC. Toutefois, les deux méthodes requièrent un champ de force raisonnablement précis.

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