物質科學之微觀實驗

1. 物質科學之微觀實驗 分子模擬簡介 陳志昌

2. 內容大綱 • 物質科學研究的兩大觀點 • 物質科學之巨觀與微觀觀點之比較 （一）物質分類(1):純物質、 混合物 （二）物質分類(2):依導電性分 （三）物質分類(3):依磁性分 （四）物質分類(4):依在水中的導電性分 （五）物質的狀態:固態、液態、氣態 （六）物質的變化 : 物理變化、 化學變化 • 巨觀實驗與微觀實驗的關係 • 分子模擬（Molecular Simulation）簡介 （一）分子模擬的流程圖 （二）分子模擬的理論模型（方法） （三）分子模擬的尺度（Scale）範圍 • 分子模擬軟體和網路教學資源 量子化學、分子動力學和蒙地卡羅模擬、 分子結構資料庫、分子模擬講義、 文章、報導 • 分子模擬實驗演示

3. 物質科學研究的兩大觀點 一、巨觀觀點： 被觀測物體所展現的整體現象或性 質。如壓力、溫度、體積、質量等。 二、微觀觀點： 組成物體的基本粒子（原子、分子、 離子）之間的相互作用所展現的現 象。如粒子的堆積排列、粒子的運動 等。

4. 物質世界之巨觀與微觀觀點之比較（一）物質分類(1):純物質、 混合物

5. 物質世界之巨觀與微觀觀點之比較（二）物質分類(2):依導電性分物質世界之巨觀與微觀觀點之比較（二）物質分類(2):依導電性分

6. 物質世界之巨觀與微觀觀點之比較（三）物質分類(3):依磁性分物質世界之巨觀與微觀觀點之比較（三）物質分類(3):依磁性分

7. 物質世界之巨觀與微觀觀點之比較（四）物質分類(4):依在水中的導電性分物質世界之巨觀與微觀觀點之比較（四）物質分類(4):依在水中的導電性分

8. 物質世界之巨觀與微觀觀點之比較（五）物質的狀態:固態、液態、氣態物質世界之巨觀與微觀觀點之比較（五）物質的狀態:固態、液態、氣態

9. 物質世界之巨觀與微觀觀點之比較（六）物質的變化 : 物理變化、 化學變化

10. 巨觀實驗: 以各種測量工具或儀器量取被觀測物體的各對應的物理量， 並尋求各物理量之間的函數關係。 如天平 質量量筒 體積溫度計 溫度 微觀實驗: 探測分子的結構、 分子的排列方式、及分子的運動， 以便和巨觀性質作一關聯。 如X光繞射、核磁共振光譜(NMR)、電子顯微鏡(STM、AFM)、 分子模擬。 巨觀實驗與微觀實驗的關係 統計

11. 理論 模型 演算法 程式語言 和 圖形介面 分子 結構 分子模擬（Molecular Simulation）簡介 分子模擬 分子模擬的流程圖 實驗資料

12. 分子模擬的理論模型（方法） 分子模擬（Molecular Simulation）簡介

13. 分子模擬的尺度（Scale）範圍 分子模擬（Molecular Simulation）簡介 分子模擬尺度

14. 分子模擬軟體和網路教學資源 • 量子化學： （1）PC GAMESS （2）ArgusLab （3）HyperChem • 分子動力學和蒙地卡羅模擬： （1）CE530 (with Java)//Kofke’s lecture, Buffalo, New York U. （2）STP Simulations (with Java)//Stat. & Therm. Phys. , Clark U. （3）VMDL (with Java)//Center for Polymer Studies, Boston U. （4）Molecular Simulations//CCLRC （5）SimChemistry for Windows//C. Wartnaby （6）Center for Materials Simulation//IMS, U. of Connecticut （7）Biomer(with Java)//Scripps （8）Etomica:Molecular Simulation API(with Java)//MMTF, CACHE （9）Molecular Workbench(with Java)//Concord Consortium （10）CPMD//ab initio(first principle) molecular dynamics （11）Center for Molecular Modeling//NIH

15. 分子模擬軟體和網路教學資源 • 分子結構資料庫： （1）MathMol （2）NIST Chemistry Web Book • 分子模擬講義、 文章、 報導： （1）Molecular Dynamics Primer//Furio Ercolessi （2）Analytic Potentials & Molecular Dynamics Simulation//D. W. Brenner （3）Molecular Dynamics Simulations Tutorial//EMBnet （4）Molecular Simulation Web Book//MMTF, CACHE （5）Applying Molecular Modeling （6）SIP//Simulation in Physics, Clark U. （7）Home Page for Physics 705//Jan Tobochnik （8）物態和分子動力學 //台大化學系 （9）The Art of Molecular Dynamics Simulation//Dennis C. Rapaport （10）CCL//Computational Chemistry List （11）SIMU:challenges in molecular simulations （12）CECAM Home//European Centre for Atomic & Molecular Computations

16. 分子模擬實驗演示 • 分子動力學 AtomDemo Molecules（atmosphere , backwards , ball , bigball , bouncingpair , brownian , dance , domains , freeexpansion , gas , immiscible , liguid , nightlights , packed , salt , solid） SimChemistry（brownian , expand , matter , mixtures , simple_reaction , surfsci , tour）