作者肯·金格里，杜克大学护理学院 用于推导多面纳米粒子的粒子间范德瓦尔斯相互作用势的解析表达式的方法概述
这个模型经过了一系列的简化
一个块在标准位置被标准化
然后，另一个块被假定为一组棒
第一块边界之外的任何杆都可以忽略不计
当第一块的力被计算和求和时，第一块被移动到第二块的每个杆的中心
学分:杜克大学高拉夫·艾莉亚 杜克大学的材料科学家设计了一种简化的方法来计算导致纳米粒子自组装成更大结构的吸引力
有了这个新模型，伴随着展示其威力的图形用户界面，研究人员将能够对各种形状的纳米粒子如何相互作用做出以前不可能的预测
这种新方法为合理设计这种粒子提供了机会，可用于从利用太阳能到驱动催化反应的广泛应用
该结果于11月12日在线发表在《纳米地平线》杂志上
杜克大学的机械工程和材料科学研究生、该论文的第一作者布莱恩·玄宗·李说:“多面纳米粒子可以导致新的组装行为，这在过去是未曾探索过的。”
立方体、棱柱、棒等等都表现出明显的距离和取向依赖的粒子间相互作用，这些相互作用可以用来产生独特的粒子集合体，而这些集合体是不能通过球形粒子的自组装获得的
" 杜克大学机械工程和材料科学副教授高拉夫·艾莉亚补充说:“每次我浏览纳米技术领域最新发表的论文，我都会看到这类纳米粒子的一些新应用。”
“但是精确计算在非常近的距离内将这些粒子拉在一起的力在计算上非常昂贵
我们现在已经演示了一种方法，这种方法可以将计算速度提高数百万倍，同时只损失少量精度
" 纳米粒子之间的作用力被称为范德华力
这些力的产生是因为根据量子物理的复杂定律，围绕原子运行的电子密度发生了微小的、暂时的变化
虽然这些力比库仑力和氢键等其他分子间相互作用弱，但它们无处不在，并在每个原子之间起作用，通常控制粒子之间的净相互作用
为了恰当地解释粒子之间的这种力，我们必须计算粒子中的每个原子对附近粒子中的每个原子施加的范德华力
即使这两种粒子都是尺寸小于10纳米的微小立方体，对所有这些原子间相互作用进行求和的计算数量也将达到数千万
很容易理解为什么在多粒子模拟中，对位于不同位置和不同方向的成千上万个粒子一遍又一遍地尝试这样做很快变得不可能
艾莉亚说:“人们已经做了大量的工作来形成一个接近解析解的总和。”
“有些方法认为粒子是由无穷小的立方体粘在一起组成的
其他人试图用极薄的圆环来填充空间
虽然这些体积离散化策略使研究人员能够获得简单粒子几何形状(如平行平面或球形粒子)之间相互作用的解析解，但这些策略不能用于简化多面粒子之间的相互作用，因为它们的几何形状更复杂
" 为了回避这个问题，李和艾莉亚采取了不同的方法，做了一些简化
第一步是将粒子表示为不是由立方体元素组成，而是由不同长度的棒状元素堆叠在一起组成
然后，该模型假设其投影落在另一个粒子的投影边界之外的棒对总相互作用能量的贡献可以忽略不计
由剩余杆贡献的能量被进一步假设为等于与实际杆位于相同法向距离的均匀长度的杆的能量，但是具有零横向偏移
最后一个技巧是使用幂律函数来近似杆粒子能量的距离相关性，当位移随着实际杆的横向位置线性变化时，幂律函数具有封闭形式的解，就像多面粒子的平坦相互作用表面的情况一样
完成所有这些简化后，就可以得到粒子间能量的解析解，让计算机轻而易举地通过它们
虽然这听起来可能会引入大量误差，但研究人员发现，所有粒子配置的结果与实际答案相比平均只有8%的差异，最差的情况下只有25%的差异
虽然研究人员主要研究立方体，但他们也表明这种方法适用于三棱柱、方杆和方棱锥
根据纳米粒子的形状和材料，建模方法可以影响广泛的领域
例如，边缘相互靠近的银或金纳米立方体可以利用光并将光聚焦到微小的“热点”，为更好的传感器或催化化学反应创造机会
艾莉亚说:“这是第一次有人提出多面粒子间范德瓦尔斯相互作用的分析模型。”
“尽管我们尚未将其应用于计算分子动力学中的粒子间力或能量，或粒子组装的蒙特卡罗模拟，但我们预计该模型可以将这类模拟的速度提高10个数量级
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