【摘要】 本文详细解析ReaxFF模拟中结构文件准备、输入脚本编写及参数设置方法，涵盖LAMMPS实战案例与性能优化技巧。科学指南针平台提供专业ReaxFF模拟计算服务，支持复杂化学反应研究。

ReaxFF模拟计算在化学反应研究中的关键作用

ReaxFF反应力场通过动态追踪化学键的形成与断裂，为燃烧、爆炸等复杂反应提供微观视角。科学指南针平台集成LAMMPS等专业工具，提供完整的ReaxFF模拟计算服务，支持研究人员深入理解反应机理【科学指南针·反应模拟模块】。本文作为系列第二篇，重点解析结构文件准备与输入脚本编写等实战环节，帮助用户快速掌握ReaxFF模拟核心技术。

 

结构文件准备与格式转换

ReaxFF模拟的结构文件需包含原子坐标信息，科学指南针平台推荐以下标准化流程：

文件格式转换方法

  • 晶体结构转换：使用openBabel、VMD、atomsk等工具将现有结构转换为LAMMPS data格式；

  • 手动建模流程：先构建单分子模型，经模拟优化后扩展为超胞结构；

  • VMD转换命令：通过topo clearbonds和topo writelammpsdata in.data full生成标准格式。

    科学指南针平台提供自动化格式转换工具，减少手动操作错误【科学指南针·文件处理】。

结构文件核心要素

LAMMPS data文件需包含以下关键部分：

  • 原子数量：需与Atoms板块实际行数严格一致；

  • 边界定义：xlo/xhi、ylo/yhi、zlo/zhi设定模拟盒子尺寸；

  • 质量信息：Masses板块定义各原子类型质量；

  • 坐标数据：Atoms板块包含原子序号、分子编号、类型、电荷和坐标信息。

    科学指南针平台自动化校验文件格式，确保模拟稳定性。

 

输入脚本编写与参数设置

输入脚本是ReaxFF模拟的核心控制文件，科学指南针平台标准化以下编写规范：

基础参数定义

  • 变量定义：使用variable指令定义输入输出文件名，确保脚本一致性；

  • 单位制设置：real单位制适用于大多数ReaxFF模拟场景；

  • 边界条件：p p p周期边界条件模拟体相体系行为。

    科学指南针平台提供模板库，快速生成标准化输入脚本。

区域定义与原子分组

  • 空间分割：通过region指令定义left/right区域，基于x轴中点分割；

  • 原子分组：group指令将初始位于各区域的原子归类，为后续速度设置奠基；

  • 变量计算：half变量动态计算体系几何中心，适应不同尺寸模型。

    科学指南针平台自动化区域划分，提升设置效率【科学指南针·参数优化】。

邻接列表优化策略

  • 搜索半径：3.0 Å平衡计算效率与准确性；

  • 更新频率：每10步更新邻接列表，避免原子越界报错；

  • 参数调整：高温非平衡体系需增大搜索半径，减少更新间隔。

    科学指南针平台智能推荐邻接列表参数，确保模拟稳定性。

 

ReaxFF专用模块与Fix指令详解

ReaxFF模拟依赖特定计算模块，科学指南针平台重点优化以下核心设置：

力场参数调用

  • 模块选择：pair_style reax/c调用优化后的C语言模块，提升计算效率；

  • 参数文件：pair_coeff指令指定ffield文件路径和元素类型；

  • 控制参数：control.params文件调整计算细节，默认值可用NULL替代。

    科学指南针平台验证力场参数兼容性，避免计算错误。

动态电荷计算

  • QEq算法：fix qeq/reax定期重算原子电荷，适应结构变化；

  • 参数优化：重算间隔10-50步，距离范围0.0-8.0 Å平衡精度效率；

  • 收敛标准：1e-4确保电荷计算准确性。

    科学指南针平台自动化电荷计算参数，确保反应真实性。

物种统计与键级输出

  • 物种识别：fix reax/c/species动态统计分子种类，基于键级判断；

  • 采样设置：合理设置采样间隔、平均次数和输出频率；

  • 键级输出：fix reax/c/bonds输出压缩的键级文件，支持后续分析。

    科学指南针平台提供rerun功能，优化统计分析效率【科学指南针·后处理模块】。

 

模拟运行与系综控制

科学指南针平台标准化以下模拟运行参数：

速度设置与冲击模拟

  • 速度分配：velocity set指令为左右原子组设置相反方向速度（0.04 Å/fs）；

  • 单位换算：real单位制中速度单位为Å/fs，对应实际物理量级；

  • 冲击模拟：初始5 ps无温控模拟，再现冲击动力学过程。

系综选择与温度耦合

  • 时间步长：0.5 fs平衡计算精度与效率；

  • 系综切换：冲击阶段NVE系综，弛豫阶段NVT系综；

  • 温控算法：fix temp/csvr优于Nose-Hoover，耦合常数50 fs确保稳定性。

    科学指南针平台智能推荐系综参数，适应不同反应条件。

 

结语与平台服务

ReaxFF模拟通过精确的结构文件准备和输入脚本设置，可有效重现复杂化学反应过程。科学指南针平台提供完整的ReaxFF模拟计算服务，涵盖从文件准备到结果分析的全流程支持。如需ReaxFF模拟或反应动力学研究支持，欢迎联系科学指南针团队【科学指南针·服务咨询】。