分子动力学（Molecular Dynamics，简称MD）模拟是一种基于牛顿运动定律的计算模拟方法，用于研究分子体系的动态行为。它通过计算分子间相互作用力，模拟分子体系的运动轨迹，从而研究体系的结构、性质和动力学过程。与仅考虑体系的能量和分子结构的优化方法不同，MD模拟的关键特点是引入了热运动的考量。这意味着模拟中的分子被赋予了足够的动能，可以跨越能量势垒，从而更真实地反映了分子在自然条件下的动态行为，被广泛的应用于生物、医学、材料、环境、催化、电池、化工等领域。
常见的计算体系包括但不限于：单相体系、多相体系、金属、合金、聚合物、生物大分子、陶瓷、氧化物、粗颗粒、电池电解液、界面、高分子等
常用的软件有：Lammps、Gromacs、Forcite、NAMD等
可以的计算的内容包括但不限于：
径向分布函数（RDF）、均方位移（MSD）、平均力势（PMF）、扩算系数
密度分布、氢键分析、相互作用力、自由能形貌图、界面润湿、界面扩散
生物大分子动力学模拟、电池电解液、溶剂化结构、分子相互作用、非晶结构
玻璃化转变温度、压痕/切削、摩擦、热导率、燃烧/热解、焊接、自组装
合金热稳定性、熔点、热膨胀率、相转变、结晶、晶格位错、应力应变曲线
晶格位错
燃烧/热解
摩擦
径向分布函数
扩散系数
玻璃化转变温度
电池电解液
应力应变曲线
相转变
成键分析
热导率
自组装
MSD
界面润湿
密度分布
平均力势
压痕/切削
溶剂化结构
离子扩散
焊接
熔点
热膨胀率
亲疏水性分析
非晶结构
结晶
自由能形貌图
研究外力下晶体内原子组的运动规律。
晶格位错是固体材料晶体结构的一种线缺陷，它是晶体中原子排列的局部不规则性。位错的存在和运动对材料的机械性能，如强度、塑性变形能力和断裂行为等，有着至关重要的影响。
分析材料在受热下的化学反应过程。
燃烧/热解过程的动力学模拟，可用于分析模拟过程中系统状态的变化，得到关于化学反应速率、反应路径、产物分布和热效应等信息。
分析材料在相互作用过程中的摩擦行为。
通过分子动力学模拟可以得到关于材料在摩擦过程中的摩擦力、磨损、温度变化和微观结构演变等信息。
径向分布函数用于描述某类原子或分子在另一类原子周围随距离变化的分布概率，是表征体系局域结构特征的重要方法。通过RDF曲线可以判断原子间平均距离、配位壳层位置以及局部有序程度，从而分析体系内部的微观结构信息。
该性质广泛应用于液体、电解液、熔体、玻璃、溶液体系及无定形材料研究。通过径向分布函数分析，可以回答“原子之间是否存在稳定近邻结构”“不同组分之间相互作用强弱如何”“体系是更接近无序还是有局域有序”等问题，是MD模拟中最常见、最基础的结构分析内容之一。
扩散系数用于衡量原子、离子或分子在体系中的迁移能力，是评价传输性能和动力学行为的重要参数。通常可结合分子动力学轨迹，通过均方位移随时间的变化关系进行计算，从而定量反映粒子运动快慢。
该性质常用于锂/钠离子电池电解质、固态离子导体、液体溶液、气体扩散以及多孔材料传输研究。通过扩散系数分析，可以判断某种粒子是否易于迁移、不同温度或组分下传输性能如何变化，以及掺杂、溶剂或结构调控是否提升扩散能力，是研究动力学传输性质的重要指标。
玻璃转变温度是高分子、玻璃态材料和无定形体系由玻璃态向橡胶态或过冷液态转变的特征温度。通过MD模拟不同温度下体系体积、密度或能量随温度的变化规律，可以估算材料的玻璃转变温度。
该性质广泛应用于聚合物、电解质、非晶材料、涂层和复合材料研究。通过Tg分析，可以判断材料在不同使用温度下是否保持结构稳定、柔韧性和加工性能如何，以及不同添加剂、交联程度或组分变化对材料热性能的影响。对于热学性能和材料应用研究，Tg是非常关键的评价指标。
分析溶液中离子及其相互作用随时间的演化。
电解质是由固体、凝胶或流体材料制成的导电介质。电解液是电池的必要组成部分，是支持电池中阳极和阴极之间离子的运动的桥梁。
探究电解液中阴/阳离子溶剂化结构，计算电解液的离子电导率、介电常数，扩散系数等有助于揭示电极−电解液界面反应机制。
应力—应变曲线用于表征材料在外力拉伸、压缩或剪切作用下的力学响应行为，是分析材料强度、刚度和变形能力的重要手段。通过MD模拟施加外部应变并记录体系应力变化，可以得到材料从弹性变形到屈服甚至断裂的全过程。
该性质常用于高分子材料、金属、陶瓷、二维材料、复合材料和界面体系研究。通过应力—应变曲线分析，可以获得弹性模量、屈服强度、断裂行为及塑性特征，并判断不同结构、温度或缺陷对力学性能的影响，是研究材料力学行为和服役性能的重要工具。
揭示转变过程中的动态演化行为。
相转变是物质在不同条件下（如温度、压力等）从一种物相转变为另一种物相的过程。
分析分子之间形成范德华力、氢键、配位键等。
可以用来研究溶液中不同分子之间的相互作用，包括成键、配位、氢键等。通过模拟，可以观察到分子在溶液中的动态行为，了解分子之间的相互作用如何影响它们的运动和相互作用，从而影响溶液的性质和行为。
描述物质导热能力的物理量。
热导率（thermal conductivity），又称为导热系数，是描述物质导热能力的物理量，通常用符号λ表示。热导率的大小取决于物质的种类、温度、密度、压力以及晶体结构等因素。
分析自组装中分子的动态行为和机制。
自组装是利用分子与分子或分子中某一片段与另一片段之间的分子识别。 通过非共价作用形成具有特定排列顺序的分子聚集体。 非共价键相互作用力是分子发生自组装的关键.。
MSD是描述粒子在一段时间内在空间中移动的统计平均距离的量。它是一个广泛用于分子动力学模拟、布朗运动研究、聚合物物理以及生物物理学等领域的重要参数。MSD通常用于分析粒子的扩散行为和运动特性。
揭示润湿过程中原子的动态行为。
界面润湿是指液体与固体表面接触时，液体在固体表面上的铺展程度。分子动力学模拟可以揭示界面润湿的微观机制，如液滴与固体表面之间的相互作用力、表面吸附层的原子结构等，可以更好地理解润湿现象，并为润湿性控制和优化提供理论依据。
研究分子在空间中的浓度分布情况。
在溶液中，分子的密度分布描述了离子在溶液中的浓度分布情况。分子动力学模拟可以揭示溶液中离子的密度分布与溶剂分子和溶质离子间相互作用的关系。通过这些研究，可以更好地理解溶液中离子的行为，并为溶液的性质和应用提供理论依据。
平均力势用于描述两个粒子、分子或反应坐标之间自由能随距离或构型变化的关系，是研究相互作用强弱和过程驱动力的重要方法。通过MD采样并结合增强采样或统计分析，可以获得体系沿特定坐标的自由能变化曲线。
该性质常用于分子结合、离子配位、穿膜过程、吸附解吸、构象转变和界面相互作用研究。通过PMF分析，可以判断某一过程是否容易发生、结合强度有多大、是否存在自由能势垒以及稳定构型位于何处，是研究复杂体系热力学稳定性与动力学行为的重要工具。
压痕/切削下材料的应力、应变和位移分布。
MD模拟可以用来研究材料在原子尺度上的动态行为，如压痕或切削过程中原子之间的相互作用和运动。
溶剂化结构用于表征溶质粒子周围溶剂分子的排布方式和局部配位环境，是研究溶液体系微观相互作用的重要内容。通过MD轨迹可分析溶剂分子在离子、分子或表面附近的分布特征、配位数和取向行为。
该性质广泛应用于电解液、离子溶液、生物分子体系、界面体系和催化溶液环境研究。通过溶剂化结构分析，可以判断离子周围第一溶剂化壳层由哪些分子组成、配位是否稳定、不同溶剂或添加剂是否改变局部环境，从而揭示传输性能、反应活性或界面行为差异的本质来源。
研究离子在溶液中的运动行为和扩散机制。
通过动力学模拟，可以获得关于离子在溶液中扩散的详细信息，这对于理解溶液的性质、离子传输过程以及相关电化学应用都具有重要意义。
得到焊接过程中形变的动态行为。
通过动力学模拟，可以得到焊接过程中的材料变形、应力分布、温度变化以及微观结构演变等动态行为。
分析结构固液转变的温度和相变行为。
动力学模拟是可用于模拟和分析材料在熔化过程中的温度变化、相变行为和微观结构演变等信息。
材料体积随温度变化的动态行为。
热膨胀率（Thermal Expansion Coefficient）是材料在温度变化时体积变化与温度变化之间关系的度量。它定义为材料单位长度的体积变化量与温度变化量之比。动力学于模拟可用于模拟和分析材料在温度变化过程中体积随温度变化的动态行为。
分析表面与水的相互作用。
表面的亲疏水性分析涉及到表面与水的相互作用，以及这种相互作用如何影响固体表面的性能和应用。亲疏水性描述了表面与水接触时是倾向于吸引水分子（亲水性）还是排斥水分子（疏水性）。
得到由晶体到非晶结构的转化。
非晶结构（Amorphous Structure）是指一种无规则排列的原子或分子组成的固体结构。与晶体结构不同，非晶结构没有长程有序的周期性排列，其原子或分子排列是随机的。
结构由非晶到晶体的转变过程。
分子动力学可用于模拟和分析材料在特定条件下从非晶态或无定形态转变为晶体态的过程。
物质在模拟中经历的自由能的变化。
分子动力学可用于模拟和分析材料在特定条件下的自由能分布及其随时间的变化
