目錄
第1章 礦物學 1
1.1 礦物學概述 1
1.1.1 起源與發展 1
1.1.2 分支學科 3
1.2 礦物概述 5
1.2.1 礦物命名 5
1.2.2 天然礦物分類 6
1.2.3 應用礦物分類 9
1.3 礦物學應用領域 11
1.3.1 光學礦物材料應用 11
1.3.2 電學礦物材料應用 12
1.3.3 熱學礦物材料應用 13
1.3.4 力學礦物材料應用 14
1.3.5 磁學礦物材料應用 14
1.3.6 核科學礦物材料應用 14
1.3.7 寶石 15
1.3.8 環保 15
1.3.9 農業礦物 16
1.3.10 藥用礦物 17
1.4 礦物學實驗研究方法 17
1.4.1 粒度和孔道測試 17
1.4.2 形貌測試 18
1.4.3 結構測試 21
1.4.4 結合鍵測試 23
1.4素測試 26
1.4.6 自由基測試 30
1.4.7 熱學測試 31
1.4.8 光學測試 32
1.4.9 電學測試 35
1.4.10 磁學測試 37
1.4.11 力學測試 38
參考文獻 39
第2章 計算方法概述 42
2.1 計算研究的起源、發展與現狀 42
2.2 計算方法分類 44
2.3 密度泛函理論的起源和發展概述 45
2.4 密度泛函理論模擬的基本思想 50
2.4.1 經典理論 50
2.4.2 Hohenberg-Kohn定理 50
2.4.3 Kohn-Sham方程 51
2.4.4 交換關聯相關項 51
2.4.5 緊束縛近似 53
2.5 分子動力學的起源和發展概述 53
2.6 分子動力學模擬的基本思想 55
2.6.1 經典理論 55
2.6.2 初始體繫的設置 55
2.6.3 力的計算方法 56
2.6.4 運動方程數值求解 58
2.6.5 勢函數(力場)的適用性 59
2.6.6 繫綜原理 60
2.6.7 CPMD方法簡介 62
2.7 蒙特卡羅法的起源和發展概述 63
2.8 蒙特卡羅模擬的基本思想 64
2.8.1 經典理論 64
2.8.2 隨機行走 66
2.8.3 統計物理思想 66
2.8.4 權重蒙特卡羅積分法 67
2.8.5 能量模型 69
2.9 過渡態理論的起源和發展概述 70
2.10 過渡態理論的基本思想 71
2.10.1 經典理論 71
2.10.2 過渡態理論 72
2.10.3 變分過渡態理論 74
2.10.4 微正則變分過渡態理論 75
2.11 微觀-介觀尺度動力學模擬概述 76
2.12 粗粒化分子動力學 78
2.12.1 經典理論 78
2.12.2 方法分類 79
2.13 耗散粒子動力學 80
2.13.1 經典理論 80
2.13.2 方法分類 81
2.胞自動機 83
2.14.1 經典理論 83
2.14.2 方法分類 84
2.15 介觀-宏觀尺度的模擬概述 85
2.16理論 85
2.16.1理論的起源和發展概述 85
2.16.2理論的基本思想 87
2.16.3 有限差分法 89
2.16.4 方法分類 89
2.17 人工神經網絡技術 90
2.17.1 人工神經網絡技術的起源和發展概述 90
2.17.2 人工神經網絡技術的基本思想 91
2.17.3 方法分類 91
參考文獻 92
第3章 礦物晶格結構的模擬 97
3.1 礦物晶格的能量 97
3.2 礦物晶格的動力學靜態性能 98
3.2.1 溫度影響 98
3.2.2 能量影響 99
3.2.3 壓力影響 100
3.3 礦物晶格的動力學徑向分布函數和靜態結構因子 100
3.3.1 徑向分布函數 100
3.3.2 靜態結構因子 101
3.4 礦物晶素模擬的經典蒙特卡羅法 101
3.4.1 附著位置和附著能 101
3.4.2 溫度和壓力影響平均附著量 103
3.4.3 礦物晶素的模擬實例 103
參考文獻 106
第4章 礦物晶格的光電特性模擬 108
4.1 礦物晶格的電子轉移過程 108
4.1.1 Mulliken布居分布 108
4.1.2 前線軌道 109
4.1.3 電子能級和有效電子/空穴 110
4.1.4 能態密度 111
4.2 礦物晶格的光電特性 113
4.2.1 能隙和吸收波長的關繫 113
4.2.2 介質折射指數 114
4.3 礦物晶格光電特性的模擬實例 115
參考文獻 118
第5章 礦物晶格內的物質傳輸模擬 121
5.1 礦物晶格分子動力學的動態性能 121
5.1.1 關聯函數 121
5.1.2 輸運性質 121
5.2 礦物晶格內小分子的擴散 122
5.2.1 礦物晶格內的自由體積 122
5.2.2 經典的愛因斯坦擴散 123
5.2.3 非愛因斯坦擴散 124
5.3 往返式擴散數據分析方法 125
5.3.1 聚類法分析小分子的擴散繫數 125
5.3.2 擴散率與滲透率的擬合法 125
5.3.3 自由體積賦存小分子的擴散與聚類分析模擬實例 126
參考文獻 130
第6章 礦物-小分子的表面化學反應和界面電子轉移 132
6.1 礦物表/界面模擬方法簡介 132
6.2 礦物表面賦存小分子的模擬 133
6.2.1 礦物表面的建模方法 133
6.2.2 礦物表面賦存離子或小分子的建模方法 134
6.2.3 礦物表面賦存小分子的模擬方法 135
6.3 礦物表面賦存小分子的模擬實例 137
6.3.1 礦物表面賦存多肽小分子電子轉移的MD模擬實例 137
6.3.2 礦物表面賦存多肽小分子電子轉移的GCMC-MD-DFT模擬實例 140
6.3.3 礦物表面賦存有機小分子的TST-DFT模擬實例 143
6.3.4 礦物表面賦存有機小分子的MD-DFT-2D-CA模擬實例 146
6.4 礦物界面賦存小分子的建模 149
6.4.1 無機復合礦物界面的建模方法 149
6.4.2 礦物-小分子界面的建模方法 150
6.4.3 礦物界面建模實例 151
6.5 多尺度模擬聯用技術在礦物界面電子轉移過程中的應用 153
6.5.1 礦物界面電子轉移過程的GCMC-MD-DFT模擬實例 153
6.5.2 礦物界面賦存小分子電子轉移過程的GCMC-MD-DFT模擬 156
6.5.3 礦物層間賦存小分子電子轉移過程的GCMC-MD-DFT模擬 164
參考文獻 167
第7章 礦物溶解、結晶和生長過程的模擬 170
7.1 礦物表面溶質的分布模擬 170
7.1.1 礦物表面溶質的概率分布與表界面偏析 170
7.1.2 礦物表面溶質的動態概率分布 171
7.1.3 礦物賦存溶質的概率分布模擬實例 171
7.2 礦物溶解與有機小分子誘導相變作用的模擬 174
7.2.1 有機小分子溶解礦物過程的模擬 174
7.2.2 有機小分子團簇表面礦物分子的GCMC-MD-DFT模擬實例 175
7.2.3 細菌代謝有機小分子浸出礦物素的模擬與實驗實例 180
7.3 礦物溶解素誘導相變作用的模擬 183
7.3.1 能態密度的定量分析方法：二維相關數據分析法 183
7.3.2素誘導礦物相變過程實例 186
7.3.3素遷移誘導礦物相變過程實例 191
7.4 礦物溶解的動力學和靜力學 194
7.4.1 礦物顆粒聚集和流動過程的耗散粒子動力學模擬 194
7.4.2 礦物孔隙內的小分子流動和礦物溶解模擬 195
7.4.3 礦物靜力學和動力學模擬 196
7.5 礦物結晶-生長過程和宏觀數據模擬 196
7.5.1 礦物結晶過程的粗粒化模擬 196
7.5.2 礦物胞自動機模擬 197
7.5.3 宏觀數據的人工神經網絡技術模擬 197
參考文獻 198
附錄 201