分子動(dòng)力學(xué)模擬及其在微晶玻璃中的應(yīng)用綜述

李楊井敏武吉偉劉立強(qiáng)

(1.山東建筑大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南250101；2.國家包裝產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，山東 濟(jì)南250100)

0 引言

微晶玻璃作為一種新型無機(jī)材料，具備優(yōu)良的化學(xué)、力學(xué)、機(jī)械、光電性能，有著廣闊的應(yīng)用前景，相關(guān)研究一直是關(guān)注熱點(diǎn)[1]。 傳統(tǒng)微晶玻璃的制備通常從改變原料配比和熱處理方式等方面開展。為得到一組可行有效的配方，通常需要反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，不僅消耗了大量的人力、物力，而且成效低并存在產(chǎn)品易開裂、成品率低、結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系尚不明細(xì)等問題[2]。 隨著微晶玻璃研究的深入，要求從微觀和介觀角度能夠準(zhǔn)確、定量地描述微晶玻璃結(jié)構(gòu)以及析晶過程規(guī)律，如研究微晶玻璃高溫熔體液體結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系、堿金屬氧化物添加量對(duì)高溫熔體的黏度的影響、晶核劑的形核機(jī)理等。 分子動(dòng)力學(xué)模擬作為凝聚態(tài)物理學(xué)常用的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，從原子、分子層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成，利用計(jì)算機(jī)直觀展示和量化晶體結(jié)構(gòu)，通過構(gòu)建物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和數(shù)值模擬熱力學(xué)運(yùn)動(dòng)過程，得到每個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)規(guī)律、能量波動(dòng)等信息[3-4]。 微晶玻璃體系一般性模擬集中在三元或四元體系，完全可以借助基于分子動(dòng)力學(xué)開發(fā)的模擬軟件開展工作，通過調(diào)整密度大小、粒子的數(shù)目、力場參數(shù)、施加的溫度、壓力，構(gòu)建需要的微晶玻璃模型，從微觀層次上對(duì)微晶玻璃進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而表征宏觀性能，對(duì)于改進(jìn)微晶玻璃的性能從而指導(dǎo)生產(chǎn)優(yōu)良性能的微晶玻璃具有社會(huì)價(jià)值。

1 分子動(dòng)力學(xué)模擬概述

1.1 分子動(dòng)力學(xué)的發(fā)展歷史

20 世紀(jì)50 年代初，ALDER 等[5]用分子動(dòng)力學(xué)方法設(shè)計(jì)了一個(gè)具有周期性邊界條件的粒子系統(tǒng)解決有關(guān)動(dòng)量與壓力的問題，第一次真正意義上從微觀角度模擬了物質(zhì)宏觀性能。 20 世紀(jì)70 至80 年代，ANDERSEN[6]對(duì)傳統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方法加以約束條件，開創(chuàng)了恒壓條件下分子動(dòng)力學(xué)方法。 GILLAN等[7]提出非平衡狀態(tài)動(dòng)力學(xué)方法。 NOSE[8]提出恒溫條件下分子動(dòng)力學(xué)方法。 CAR[9]解決了半導(dǎo)體和金屬勢函數(shù)難以模型化的問題。 CAGIN 等[10]提出了基于巨正則系統(tǒng)的分子動(dòng)力學(xué)方法。 這些方法的提出都極大促進(jìn)了分子動(dòng)力學(xué)的的發(fā)展。 進(jìn)入21世紀(jì)，隨著基礎(chǔ)學(xué)科基本理論的完善、計(jì)算機(jī)硬件的更新?lián)Q代以及考慮更多作用力的多體勢函數(shù)的開發(fā)，使緩慢發(fā)展的分子動(dòng)力學(xué)得到迅速發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于材料、醫(yī)藥、機(jī)械、化學(xué)、生物等多個(gè)學(xué)科，包含了晶體、非晶體、液態(tài)溶液、復(fù)合結(jié)構(gòu)等方面，尤其對(duì)于材料極限條件(超臨界、深過冷、高溫、高壓)的實(shí)驗(yàn)，分子動(dòng)力學(xué)模擬優(yōu)越性顯著[11-16]。

1.2 分子動(dòng)力學(xué)模擬的原理

第三種科學(xué)研究手段是除理論分析和實(shí)驗(yàn)觀察之外的分子動(dòng)力學(xué)方法，也被稱為“計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)”手段[17]。 分子動(dòng)力學(xué)(Molecular Dynamics，MD)方法和蒙特卡洛(Monte Carlo，MC)方法既有相同點(diǎn)又有所區(qū)別，最初MD 和MC 方法的產(chǎn)生的原因一樣，都是為了計(jì)算積分，不同點(diǎn)在于MD 方法在微正則系綜算積分，而MC 方法在正則系綜算積分；與MC 方法相比，MD 方法優(yōu)勢在于計(jì)算的內(nèi)容和性質(zhì)更多，得到的信息更多，而且MD 方法可使用的軟件要遠(yuǎn)多于MC 方法，適應(yīng)于大多數(shù)體系。 分子動(dòng)力學(xué)模擬是借助MD 模擬軟件[18](如Moldy、Materials Studio、LAMMPS、DL_POLY 等)在原子及分子水平對(duì)多體系統(tǒng)進(jìn)行求解的計(jì)算機(jī)模擬方法，在模擬過程遵循兩個(gè)假設(shè)[19]:(1) 體系中粒子運(yùn)動(dòng)遵循牛頓運(yùn)動(dòng)定律；(2) 粒子之間的相互作用滿足疊加定理。忽略量子效應(yīng)和多體作用的模擬研究對(duì)象，微觀粒子的運(yùn)動(dòng)定義為體系原子核的運(yùn)動(dòng)，因此忽略了原子內(nèi)電子的分布情況，這與實(shí)際存在的物理系統(tǒng)有一定的差別。

分子動(dòng)力學(xué)模擬體系內(nèi)的所有粒子的運(yùn)動(dòng)都遵循牛頓運(yùn)動(dòng)方程，即Fi(t)＝ miai(t) ，F(xiàn)i(t)為粒子i在系統(tǒng)中受到的力；mi為粒子i的質(zhì)量；ai(t)為粒子i的加速度。 勢能函數(shù)U對(duì)坐標(biāo)ri求導(dǎo)，可得對(duì)于體系任何一個(gè)粒子，都由式(1)和(2)表示為

式中v為速度矢量，對(duì)式(1)和(2)求解，可以求得體系中任一粒子的位置和速度。

1.3 有限差分算法

對(duì)于多元體系，牛頓運(yùn)動(dòng)方程求解有一定的局限性，一般利用有限差分法完成對(duì)運(yùn)動(dòng)方程的求解，常用的方法包括Verlet 算法、Velocity-Verlet 算法、Beeman 算法、Gear 算法、Rahman 算法、蛙跳算法(Leap-frog algorithm)、Nordsieck 算法。

1.3.1 Verlet 算法

其算法計(jì)算過程較簡單，對(duì)計(jì)算機(jī)性能要求不高，每次積分只計(jì)算一次力而且時(shí)間可逆，因此運(yùn)用最為廣泛，而其缺點(diǎn)是計(jì)算結(jié)果精度不高、軌跡與速度無關(guān)[20]。

1.3.2 Velocity-Verlet 算法

Velocity-Verlet 算法，其特點(diǎn)是可以同時(shí)計(jì)算出粒子一段時(shí)間內(nèi)的位置、速度、加速度，并且準(zhǔn)確性較高、計(jì)算量適中，已廣泛應(yīng)用于分子模擬中。 其缺點(diǎn)是計(jì)算過程相較Verlet 算法復(fù)雜，用時(shí)較長[21]。

1.3.3 Beeman 算法

相較于Verlet 算法，Beeman 算法更為復(fù)雜，是一種更為精確的速度表達(dá)式，其動(dòng)能是由速度計(jì)算直接得到的，并盡可能得到能量守恒結(jié)果，但是實(shí)際應(yīng)用中對(duì)模擬條件要求較高，而且計(jì)算量較大[22]。

1.3.4 Gear 算法

Gear 算法由泰勒式展開，能夠預(yù)測每一個(gè)粒子新位置、速度、加速度[23]。

試驗(yàn)地位于合作市卡加曼鄉(xiāng)新集村的甘南州農(nóng)科所綜合試驗(yàn)站，海拔2 721 m，年平均氣溫3.0℃，年降水量639.8 mm左右，無霜期93 d左右，耕種亞高山草甸草原土，旱川地，地力中等，前茬作物為油菜。播種時(shí)施尿素150 kg/hm2、磷酸二銨225 kg/hm2作基肥一次性施入，人工犁開溝溜種條播。2017年4月3日播種，6月6日中耕除草，田間管理略高于大田。

1.3.5 Rahman 算法

其算法表達(dá)式很復(fù)雜、計(jì)算量較大，但是計(jì)算結(jié)果精確，不適用于中小型體系模擬。 實(shí)際中很少采用Rahman 算法[24]。

1.3.6 蛙跳算法(Leap-frog algorithm)

蛙跳算法由Verlet 算法發(fā)展而來，相較Verlet式帶有t時(shí)刻的速度，不計(jì)算2y(t) 和y(t - δt) ，減少了計(jì)算量，提高了精確度，軌跡與速度無關(guān)。 其缺點(diǎn)是位置項(xiàng)和速度項(xiàng)不能同時(shí)計(jì)算[25]。 其表達(dá)式由式(3)表示為

1.3.7 Nordsieck 算法

Nordsieck 算法適用于解決大系統(tǒng)粒子牛頓方程的求解[26]。

1.4 勢函數(shù)

用來描述系統(tǒng)原子間或者分子間作用力的函數(shù)稱為勢函數(shù)[27]，也稱為力場。 勢函數(shù)不僅決定模擬能否順利進(jìn)行，還將影響計(jì)算結(jié)果的精度。 精準(zhǔn)且簡練的勢函數(shù)往往會(huì)使模擬效率提高，同時(shí)模擬結(jié)果符合物理規(guī)律。 20 世紀(jì)中后期，ALDER 等[5]借助數(shù)學(xué)方法，將粒子形象化硬球，一定距離之內(nèi)會(huì)發(fā)生彈性碰撞，這種模型雖有缺陷，但是處理問題的思想促進(jìn)了勢函數(shù)的發(fā)展，勢函數(shù)深刻體現(xiàn)了力場的關(guān)系。 在廣大科研人員共同推動(dòng)下，出現(xiàn)了多種形式的勢函數(shù)，一般來說，根據(jù)相互作用力包含的粒子數(shù)分為二體勢、三體勢及多體勢，目前對(duì)勢、無方向性多體對(duì)泛函數(shù)、考慮角度效應(yīng)多體勢是最常見的種類[28]。 常見的勢函數(shù)見表1。

表1 常見的勢函數(shù)表

1.5 系綜

2 微晶玻璃的分子動(dòng)力學(xué)模擬綜述

2.1 分子動(dòng)力學(xué)模擬對(duì)微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分析

微晶玻璃的制備中存在高溫熔融階段，微晶玻璃高溫熔體的微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征一直是模擬的重點(diǎn)問題。 需要結(jié)合均方位移函數(shù)(Mean Square Displacement， MSD)、 徑 向 分 布 函 數(shù)( Radial Distribution Function，RDF)、鍵長鍵角分布、配位數(shù)和橋氧數(shù)量等多個(gè)角度進(jìn)行綜合分析，粒子在固定時(shí)間段內(nèi)位移平方的平均值為均方位移[31]。 均方位移的量與原子的擴(kuò)散系數(shù)存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系，均方位移數(shù)值越大，粒子的擴(kuò)散系數(shù)越大。 對(duì)于研究微晶玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由MSD 可以推測擴(kuò)散系數(shù)小的粒子很可能為網(wǎng)絡(luò)形成子或者網(wǎng)絡(luò)中間子，反之，則為網(wǎng)絡(luò)修飾子(不參與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建)。 RDF 描述的是某個(gè)原子周圍其他原子的分布特征，反映出給定某一粒子的位置坐標(biāo)，在其半徑r的空間范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)另一原子的概率[32]，用于表征材料的有序程度，利用這一特性，可以探究微晶玻璃體系粒子之間的相互結(jié)合能力大小。 鍵長、鍵角分布規(guī)律能反映出粒子鍵能強(qiáng)弱。 配位數(shù)是原子的第一近鄰原子的個(gè)數(shù)，橋氧定義為連接兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)四面體且同時(shí)被兩個(gè)四面體所共用的氧粒子[33]。 橋氧數(shù)量的多少反映了硅氧網(wǎng)絡(luò)的完整性、致密性。 在微晶玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，四面體是構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)骨架的主要部分，與橋氧數(shù)量類似其也能反映網(wǎng)絡(luò)的致密性[34]。

2.2 分子動(dòng)力學(xué)在微晶玻璃研究中的應(yīng)用進(jìn)展

分子動(dòng)力學(xué)模擬由于獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境，在國內(nèi)發(fā)展較快，受到越來越多的科研人員的青睞，為了更好地了解微晶玻璃微觀結(jié)構(gòu)性質(zhì)，指導(dǎo)特定性能微晶玻璃的生產(chǎn)，開展分子動(dòng)力學(xué)模擬研究微晶玻璃的性能十分必要，但是目前在微晶玻璃領(lǐng)域的應(yīng)用還較少。 ROSSANO 等[35]利用分子動(dòng)力學(xué)模擬了CaO-FeO-2SiO2系玻璃，得到了鐵周圍氧原子的徑向分布情況，測量了四配位和五配位鐵原子的氧原子平均距離分別為1.99 和2.15 nm，這些基礎(chǔ)的有關(guān)原子距離的模擬為以后的諸多模擬正確性評(píng)價(jià)提供了一定的參考價(jià)值。 FUMIYA[36]選取NPT 系綜，采用Ewald 求和法模擬了Na2O·3SiO2熔體，發(fā)現(xiàn)Na—O 和Na—Na 的距離隨壓力的增加而縮短，Si—O—Si 鍵角隨壓力的增加而減小，說明了—Si—O—網(wǎng)絡(luò)的崩潰，表明了—Si—O—網(wǎng)絡(luò)的變形自由度增加，網(wǎng)絡(luò)在高壓下趨于崩潰，正由于這些結(jié)構(gòu)的變化，Na2O·3SiO2熔體產(chǎn)生了致密化。 相較大多數(shù)模擬以單一組分對(duì)其他基礎(chǔ)玻璃成分的影響，研究壓力變化與微觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的關(guān)系打開了另一種思路，基礎(chǔ)組分固然影響宏觀性能，但是某些特定溫度、壓力變化等外界因素也應(yīng)被重視。 朱才鎮(zhèn)等[37-38]采用了一種二體和三體的多體相互作用勢探究了CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃成分比例組成、微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)Ca/Al＝1/2 時(shí)，CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃并不是傳統(tǒng)理論中認(rèn)為的完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而是存在一定的非橋氧，Ca/Al＜1/2 時(shí)，Si比Al 更容易形成網(wǎng)絡(luò)中間體。 通過模擬了不同Ca、Al 元素比情況下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特征變化，發(fā)現(xiàn)了橋氧的存在，這是對(duì)傳統(tǒng)硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完整的觀點(diǎn)的一次否定，體現(xiàn)了計(jì)算模擬用來解決現(xiàn)實(shí)問題、提供理論創(chuàng)新的作用。 吳永全等[39-40]采用了BMH勢函數(shù)的基礎(chǔ)上，利用經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)模擬xCaO-(1-x)Al2O3(x為成分的變化)高溫熔體，重點(diǎn)探討了有關(guān)Al 的配位數(shù)及其網(wǎng)絡(luò)中的構(gòu)成、微結(jié)構(gòu)單元分布等結(jié)構(gòu)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)Al 的微觀結(jié)構(gòu)單元是四面體的形式，類似硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)中Si—O 鍵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，證明了Al 的配位數(shù)為4，Al 在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中起到了網(wǎng)絡(luò)形成子的作用。 可以看出，大多數(shù)的模擬是以基礎(chǔ)玻璃、三元體系為主，這是因?yàn)樵卦蕉?，需要考慮的作用力越多，開發(fā)的勢函數(shù)越復(fù)雜，因此分子動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域中，開發(fā)簡潔而且精確的勢函數(shù)是重要的方向。 王艷偉等[41]采用EAM 原子勢，在NPT 系綜條件下模擬了Ni 的含量變化對(duì)Ni-Zr 非晶玻璃微觀結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)ico＋other(ico 為體系的十二面結(jié)構(gòu)，other 為未知的配位結(jié)構(gòu))結(jié)構(gòu)隨著Ni 數(shù)量的增加先增加后減少，ico＋other 結(jié)構(gòu)反映了非晶的形成能力，當(dāng)Ni 含量為50%時(shí)，結(jié)構(gòu)數(shù)量最多，即說明了一定數(shù)量的Ni 有利于促進(jìn)玻璃的形成。 趙亞賢等[42]利用經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)模擬對(duì)比了Na-Al-Si系微晶玻璃和高堿高鋁酸鹽玻璃中堿金屬的擴(kuò)散行為，統(tǒng)計(jì)了兩種玻璃的Si—O、Al—O 鍵長，擴(kuò)散系數(shù)，發(fā)現(xiàn)高堿高鋁酸鹽玻璃中堿金屬離子的擴(kuò)散系數(shù)更大，這是因?yàn)閇AlO4]四面體的存在，相較于[SiO4]四面體體積更大，會(huì)使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松，有利于堿離子擴(kuò)散，證明了高含量的Al 為堿金屬離子的擴(kuò)散提供了更多的擴(kuò)散通道。 王海龍等[43]采用Mishin 嵌入原子勢模擬了金屬玻璃中的Cu 在急速冷條件下的形成過程，利用Verlet 算法求解運(yùn)動(dòng)方程，證明了隨著應(yīng)變率的提高，Cu 的塑性流動(dòng)應(yīng)力增大，晶化程度增加，應(yīng)力效應(yīng)和溫度效應(yīng)共同作用導(dǎo)致了金屬玻璃的晶化，對(duì)于解釋金屬的晶化起到了一定的促進(jìn)作用。 肖成[44]構(gòu)建了CaO-SiO2-Al2O3-Na2O四元體系的微觀玻璃模型，建立了1 873 K下體系中溫度和黏度的函數(shù)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)Al2O3濃度高的體系傾向于形成更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 BINGHUI 等[45]巧妙設(shè)計(jì)了一種自上而下的模擬方法，探究影響Al2O3-SiO2系微晶玻璃斷裂韌性的因素，發(fā)現(xiàn)并證明了增強(qiáng)程度隨著納米晶體的尺寸、長徑比和排列角度的變化而變化。 王亞文[46]模擬了形核劑在熔融態(tài)高爐渣中的擴(kuò)散行為，高爐渣成分與微晶玻璃成分相似，非均勻形核過程需要加入晶核劑降低析晶活化能。 通過數(shù)值與物理模擬發(fā)現(xiàn)形核劑的混勻時(shí)間與形核劑密度、等效直徑成正比，與熔體黏度成反比。 可以看出，有關(guān)微晶玻璃的模擬已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，從鍵長、鍵角的分布，溫度、壓力等外界因素對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響，以及各元素在網(wǎng)絡(luò)中的位置、作用等都做出了一定的解釋，這些研究為制備性能優(yōu)異的微晶玻璃提供了一定的幫助。

井敏課題組在微晶玻璃的制備方面經(jīng)過多年的積累，已有一套成熟制備微晶玻璃的工藝。 對(duì)于微晶玻璃微觀結(jié)構(gòu)的探究，引進(jìn)了先進(jìn)的材料工作室(Materials Studio，MS)軟件開展工作，取得了一系列成果。 張國瑩等[47]基于MS 軟件利用分子動(dòng)力學(xué)模擬了Na2O-Al2O3-SiO2微晶玻璃體系熔體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了作為網(wǎng)絡(luò)游離子的Na＋能夠促進(jìn)Al3＋從網(wǎng)絡(luò)修飾子變成網(wǎng)絡(luò)形成子，且在一定范圍內(nèi)，隨著Na＋的增加，Si—O—Si 和Al—O—Al 鍵角的分布范圍變小。 王健健等[48-49]探究了Fe3＋在CaO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃中的行為，發(fā)現(xiàn)隨著Fe3＋含量的增加Al—O 鍵長分布更廣，峰型有單峰向雙峰轉(zhuǎn)化的趨勢。 王正[50]針對(duì)RO/R2O-Al2O3-SiO2熔體黏度特性進(jìn)行了相關(guān)模擬工作，采用BMH 勢，選用Shear模塊計(jì)算了Na-Al-Si 系和Ca-Al-Si 系基礎(chǔ)玻璃的剪切黏度。 發(fā)現(xiàn)隨著堿金屬元素的減少，Na-Al-Si系黏度增加要大于Ca-Al-Si 系，整體結(jié)構(gòu)上，Na-Al-Si 系相較Ca-Al-Si 系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較松散。 張永豪等[51]結(jié)合BMH 勢，建立了MgO-Al2O3-SiO2-TiO2系微晶玻璃的微觀結(jié)構(gòu)模型，分別探究了TiO2晶核劑含量和SiO2含量對(duì)微觀結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)隨著SiO2添加量的增大，體系中Mg2＋的均方位移逐漸減小，當(dāng)SiO2的含量為57.1%時(shí)，橋氧總量最多，硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最完善。 TiO2含量增加會(huì)使Al—O 鍵長的分布更廣，峰形變寬。

3 展望

目前，采用分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)對(duì)于微晶玻璃體系的模擬已經(jīng)取得很大的進(jìn)展。 從微觀角度出發(fā)，通過原子間相互作用力、邊界條件的選取、熱力學(xué)性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)方程的計(jì)算對(duì)微晶玻璃宏觀的性質(zhì)(黏度、致密度、硬度等)做出了解釋，改進(jìn)了微晶玻璃的性能。 但是仍存在一些問題，如初始模型過于理想化，而實(shí)際晶體材料存在各種缺陷，應(yīng)當(dāng)深入研究構(gòu)建有缺陷的建模方法；MD 方法有觀測時(shí)間和系統(tǒng)大小的限制，仿真的規(guī)模較小，原子數(shù)較少，缺乏普遍性，應(yīng)當(dāng)發(fā)展較大規(guī)模的模擬；微晶玻璃通常使用經(jīng)典分子動(dòng)力學(xué)模擬，忽略了電子極化效應(yīng)，對(duì)于電荷的相關(guān)信息無法獲取，勢函數(shù)過于依賴力場參數(shù)，數(shù)量較少，更加精確和簡潔的勢函數(shù)是發(fā)展分子動(dòng)力學(xué)的重點(diǎn)；微晶玻璃模擬的模型也較為簡單，原子種類和數(shù)量較少，大多數(shù)模擬忽略了含量稀少的元素，或許會(huì)影響宏觀性能。 因此，多元體系的微晶玻璃的分子動(dòng)力學(xué)模擬是發(fā)展的方向之一。