快速获得分子在特定环境中的迁移速度，分析扩散路径和能垒，辅助预测材料性能及结构设计
自由扩散模拟是研究分子在无约束或特定环境中运动行为的重要方法，通过追踪分子运动轨迹，可以定量分析扩散系数、迁移速率等关键参数。这些数据对于理解材料传输性能、优化分离过程以及设计新型功能材料具有重要意义。
量智科技的自由扩散模拟服务采用先进的分子动力学方法，结合高性能计算技术，可以高效地模拟不同温度、压力条件下各类分子的扩散行为，为客户提供准确、可靠的数据分析结果。
上图展示了金属有机框架(MOF)材料中分子的吸附行为，通过计算不同吸附位点的结合能(Eads)，可以预测分子在材料中的主要吸附位置和吸附强度。图中两个不同吸附位点的结合能分别为-3.803 kcal·mol-1和-6.807 kcal·mol-1，表明红色分子在右侧位点具有更强的结合能力。
这些吸附数据对于理解分子在材料中的初始状态和扩散起点至关重要，直接影响后续扩散路径和能垒的计算结果。
上图右侧部分展示了分子在不同时间点(0 ps、4 ps、8 ps、12 ps)的扩散轨迹，清晰地呈现了分子如何通过材料孔道进行迁移。左侧MSD(均方根位移)曲线则提供了定量分析，其中红色曲线代表负载金属Ir的ZIF-67材料，绿色曲线代表纯ZIF-67材料。
从MSD曲线可以看出，负载Ir的材料中分子扩散速率明显高于纯材料，这表明金属修饰可以有效提升材料的传输性能。通过MSD曲线斜率可以计算扩散系数，为材料性能优化提供重要依据。
| 材料类型 | 结合能 (kcal·mol-1) | 扩散系数 (×10-8 cm2/s) | 迁移速率提升 |
|---|---|---|---|
| ZIF-67 (纯材料) | -3.803 | 2.4 | 基准 |
| Ir@ZIF-67 (金属负载) | -6.807 | 3.8 | +58.3% |
通过自由扩散模拟，我们成功预测了药物分子穿过细胞膜的路径和能垒，为药物设计提供了重要依据。模拟结果显示，药物分子主要通过膜蛋白通道进行扩散，而非直接穿过磷脂双分子层。
针对燃料电池质子交换膜，我们模拟了不同湿度条件下水分子的扩散机制。研究发现，水通道的形成是提高质子传导率的关键，这一发现为设计高性能燃料电池膜材料提供了新思路。
经典分子动力学(MD)模拟，采用COMPASS力场
可达100纳秒(ns)，确保充分采样
扩散系数、MSD曲线、径向分布函数(RDF)、轨迹文件等
支持不同温度(273-473K)和压力条件下的模拟