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Forcite交联模拟专题班，与月只蓝博士并肩攻克交联模拟难题

“交联的模拟，不是有些人想象的拿个脚本随便算算就完事了。一般人做交联模拟时，会遇到大量的细节问题和困难，很多人即便迷迷糊糊勉强用脚本算出了结果，他们甚至连结果对不对都不知道！”

交联模拟是一个系统性过程，从模型构建、反应物位点设置、交联脚本设置到交联产物后处理，经常遇到大量的问题，比如：

① 反应混合物如何构建，盒子尺寸如何设计以满足后续交联的要求？

② 反应物的位点（反应、开环、脱基团、断键等位点）如何设置？

③ 交联脚本如何设置，如反应半径、交联度、开环、脱羟基、脱氯、键级转换等如何通过脚本实现？针对不同交联体系，脚本设置有哪些不同？

④ 交联产物的结构是否正确，如何检查，要做哪些检查？

⑤ 交联产物的交联度不够，如何提升？

⑥ 交联产物构型的穿环，如何检查、识别、并予以纠正？

⑦ 交联产物的后处理（如键级转换、脱除副产物），如何做？

⑧ 交联产物需要做哪些平衡处理、怎么做？

……

解决上述这些具体的问题，确实是本课程开设的目的之一。但更准确地说，本课程的开设目的是要提供一整套普适性的交联模拟的方法论和步骤。

比如，本课程里讲解了BPA型环氧树脂和脂肪多胺交联模拟的算例，其中的方法和步骤对于其他BPA型、BPF型、以及任意含环氧基的分子，乃至这些任意多种单体的混合物与其他脂肪多胺、亚甲基二胺、酰胺多胺、杂环胺、聚酰胺、以及任意含氨基/亚氨基的分子，乃至这些任意多种交联剂的混合物的交联模拟同样适用。我们希望学员通过本课程里一个算例学习，就可以拓展到其他几十种上百种单体与交联剂的应用中，做到举一反三、一通全通。

课程介绍

交联（Crosslinking），是指具有多个反应活性位点的反应物之间发生的复杂化学反应，形成三维空间网状结构的交联产物的过程。参与交联的反应物的种类数，常见的情形是两种或以上，如环氧树脂、聚氨酯体系的交联；也可以只有一种反应物，如正硅酸体系的交联，此时即自交联。

交联的实际应用非常广泛，诸如近年来非常热门的环氧树脂、聚氨酯、多功能氧化硅材料，以及各种橡胶、聚合物、膜分离与水处理等领域都与交联密切相关。

交联过程具有反应活性位点多、反应随机性大、反应可能性多等特点，而且形成的交联产物通常具有三维的空间网状特征，结构非常复杂，导致交联相关的计算模拟研究第一步的建模非常困难：试问，如果连交联产物的模型都无法获得，何谈后续涉及交联产物的模型构建、计算乃至结果分析？

本课程的主要目的，就是要解决交联产物建模的问题，更直白地说，就是解决如何得到交联产物模型的问题。

课程设计思路

本课程旨在让大家了解一套系统性的交联模拟方法论，同时让大家掌握一套详细的、可上手的具体操作流程。

鉴于交联应用的广泛性和过程的复杂性，本课程的设计思路如下：

首先，讲解交联模拟的基本思路，梳理交联模拟的基本步骤，将看似复杂的交联模拟过程拆分成几个更容易理解、可操作的步骤，再逐个击破；

然后，通过多个经典算例具体而细致地讲解和展示：

一、如何构建反应物模型、设置模型中的反应位点、脱除识别位点等；二、如何设置交联脚本中的具体参数：①交联全局控制参数，如转化率（交联度）、反应半径等，②能量计算与MD参数：如力场、电荷、非键力算法、交联温度、恒温器、系综、MD时长等，③交联细节调控参数：如设置开环、脱羟基、脱除特定基团、键级转换、单原子反应次数等；三、如何分析、检查交联中间产物结构的正确性（反应机理一致性检查、穿环检查、交联度核查）；四、如何通过对交联中间产物进行续算以提高交联度，获得交联产物；五、如何对交联产物做后处理，如：副产物脱除、键级转换、补氢等；六、如何对交联产物进行平衡处理（平衡三步曲）获得平衡构型。

适用学员：本课程适合打算系统性、深入地学习交联建模的学员来学习。但是，在交联反应物模型构建、交联脚本参数设置、交联产物平衡处理等过程中，都大量、频繁地运用力场、分子动力学模拟参数设置的知识和技能，在学习本课程前，学员应先掌握这些知识和技能，如果尚未掌握这些知识和技能，就直接学习本课程，将遇到非常多困难，举步维艰，严重影响学习效果、阻碍学习进度。

因此，强烈建议学员先参加我们《Forcite分子动力学进修班》的学习，在获取足够的知识储备和技能积累后，再学习本课程。

课程特色

特色是我们显著区别于他人的特点和风格，我们的特色就在于三点：手把手式教学、重视答疑、迭代更新。

手把手式教学是指，我们在遵循循序渐进，由浅入深的教学方式的同时，会对重点内容进行手把手地详细教学，让这些内容真正具有可操作性，学员真正能学会，正如往期学员反馈的那样：“月老师在讲解重点内容时，会把细节拉满，每一步怎么做，点哪个按钮，按键盘上哪个键，这些按钮在软件界面的第几行，按键在键盘上什么位置，都会讲得清清楚楚，生怕我们学不会！”

重视答疑是指，我们认为课上听到的内容实际上是来源于讲师的间接经验，学员只有在课后进行大量的动手练习和实践，才能获得属于自己的第一手的直接经验，进而固化成自己的内在知识。然而，很多课上看起来很简单的操作，自己一动手就出错，课后练习时也亟需有人及时指导和辅导。作为本课程的设计者，我们非常重视课后的答疑。在大家课后练习时，我们将持续陪伴，并提供及时、高效的答疑服务。这一特色，相信我们的学员将能深切感受到。

迭代更新是指，本课程课表里的内容，是我们根据长期、大量的实践经验总结、筛选出来的最有价值的学习内容，比如经典算例部分，每个算例个个堪称经典，从算例中体会交联的思路、掌握具体的操作流程，从而举一反三。除了课表内容，我们还会根据学员群里的答疑与热点问题反馈、当前研究热点的变化、软件版本的更新，不断对课程内容和资料（如Perl脚本）进行迭代更新。迭代更新的部分会补充到原课表内容上，学员可在一定时间范围内免费学习这些更新的内容、获得更新的Perl脚本。

讲师介绍和学员概况

月只蓝博士

14年Forcite模块MD模拟经验，长期深耕于MS模拟的第一线，参与MS相关的各类计算达七八百例（含100+交联模拟）。月只蓝已为国内几十所高校提供分子模拟技术支持发表SCI论文超过100篇，包括AM（多篇）、AFM（多篇）、ANGEW CHEM（多篇，含交联模拟）、APPL CATAL B-ENVIRON、CEJ（多篇，含交联模拟）、AIChE（多篇）、Small Methods、JMCA等高质量期刊。月只蓝曾获研究生数学建模竞赛国家级一等奖，具有扎实的数学功底和应用能力，并具有丰富的Perl脚本编写经验，编写各类Perl脚本超百个。

月只蓝具有丰富的交联模拟经验，熟悉各类交联体系，已开展交联模拟超过百例。值得一提的是，月只蓝曾就职于某Top Employer外企（该企业是世界上最大的交联剂生产厂家），从事工业级交联剂的工艺研发，支持工厂研发生产交联剂累计超过10万吨，积累了丰富的工业实践经验。

月只蓝已培训约1000名学员（交联模拟方向学员超过200名），学员包括来自北大、清华、香港理工、上海交大、武大、同济、南开、中山大学、中科院等国内院校和科研院所，以及悉尼大学等国外院校的硕博和高校教师。

截至目前，学员已发表SCI论文约70篇（多篇含交联模拟），包括JACS、CEJ、JCP等一区top期刊；此外，已有十几名学员凭借高质量模拟论文的发表，拿到研究生国奖等奖学金，或被国外名校、国内985大学博士录取，或被高校、科研所录用为讲师、副教授。

课程内容安排

第1讲课程简介（理论学习）
开设目的	开篇明义，对课程做基本介绍，明确课程的学习目的，构筑基本的学习框架。
本讲内容	1.1 本课程的内容 1.2 本课程的教学特点 1.3 本课程的学习目的
第2讲交联模拟的基本方法（理论学习）
开设目的	学操作先明原理，本讲先讲解交联模拟的基本方法和思路，再把交联模拟过程拆分成几个容易理解的步骤，逐个击破，其中包括对交联脚本做逐行的详细讲解。本讲的学习重点：反应位点确定的技巧、交联脚本各行参数的含义与设置、穿环的检查、识别和纠正。
本讲内容	2.1 交联基本原理 2.2 反应位点的确定 2.3 交联模拟基本步骤 2.4 交联脚本详解 2.5 穿环的检查和纠正（Perl脚本）
第3讲经典算例1：环氧树脂与胺的交联模拟（实践操作）
开设目的	环氧树脂与胺的交联过程模拟是最经典的交联模拟之一，本讲以经典的BPA型环氧树脂与胺交联过程为例，详细讲解反应物模型构建、活性位点设置、交联脚本设置、交联结果分析、穿环检查、交联产物平衡处理的全套流程。
本讲内容	3.1 环氧树脂交联简介 3.2 化学反应机理的解析 3.3 反应物模型的构建与活性位点设置 3.4 交联脚本的详细设置 3.5 交联模拟结果的分析与检查 3.6 交联度的确认和进一步提升 3.7 穿环的检查（应用Perl脚本） 3.8 交联产物的平衡处理（平衡三步曲） 3.9 本讲的举一反三
第4讲经典算例2：聚氨酯的交联模拟（实践操作）
开设目的	聚氨酯材料一直学术研究的热点，在工业上也是明星产品，其交联过程模拟又是一经典案例，非常值得学习。本讲详细讲解聚氨酯交联模拟的全流程，重点内容是：反应位点的确定与设置、交联脚本的设置、交联产物结构的检查。
本讲内容	4.1 聚氨酯交联简介 4.2 化学反应机理的解析 4.3 反应物模型的构建与活性位点设置 4.4 交联脚本的详细设置 4.5 交联模拟结果的分析与检查 4.6 交联度的确认和进一步提升 4.7 穿环的检查（应用Perl脚本） 4.8 本讲的举一反三
第5讲经典算例3：界面聚合成膜的交联模拟（实践操作）
开设目的	膜分离是当前热门的研究方向，其应用有赖于膜的制备，界面聚合是制备膜的主流技术。本讲以经典的界面聚合成膜交联为例，重点讲解该交联过程中的反应物模型构建、活性位点的确定与设置、交联脚本的设置、交联结果分析、交联产物的后处理（氯化氢脱除）。
本讲内容	5.1 研究背景 5.2 化学反应机理的解析 5.3 反应物模型的构建与活性位点设置 5.4 交联脚本的详细设置 5.5 交联模拟结果的分析与检查 5.6 穿环的检查（应用Perl脚本） 5.7 交联产物结构的后处理（氯化氢脱除） 5.8 本讲的举一反三
第6讲经典算例4：羟基硅烷的自交联模拟（实践操作）
开设目的	羟基硅烷可通过自交联得到极具应用价值和潜力的交联产物。与常规交联过程不同的是，在该自交联过程中，反应物分子既是单体也是交联剂。本讲以正硅酸的自交联为例，重点讲解该自交联过程的反应机理、反应位点的确定和设置、自交联过程脚本设置的技巧、交联产物结构的检查。
本讲内容	6.1 研究背景 6.2 化学反应机理的解析 6.3 反应物模型的构建与活性位点设置 6.4 交联脚本的详细设置 6.5 交联模拟结果的分析与检查 6.6 交联度的确认和进一步提升 6.7 穿环的检查（应用Perl脚本） 6.8 本讲的举一反三
第7讲经典算例5：多烯烃的硫化交联模拟（实践操作）
开设目的	硫化交联可显著提升聚合物的综合性能，扩展其应用范围。本讲以多烯烃的硫化交联为例，重点讲解该过程反应位点设置、脚本设置的技巧、交联产物的结构检查与后处理（键级转换）。
本讲内容	7.1 研究背景 7.2 化学反应机理的解析 7.3 反应物模型的构建与活性位点设置 7.4 交联脚本的详细设置 7.5 交联模拟结果的分析与检查 7.6 交联产物结构的后处理（双键转换） 7.7 本讲的举一反三
第8讲经典算例6：环氧树脂与酸酐的交联模拟（实践操作）
开设目的	环氧树脂与酸酐交联过程相对比较复杂，需要仔细学习和了解。本讲将重点讲解该过程中的化学反应机理，并从机理出发讲解反应位点的确定和设置，详细介绍反应物模型的开环位点、活性位点的确定和设置、交联脚本的设置、交联产物交联度的提升。
本讲内容	8.1 化学反应机理的解析 8.2 反应物模型的构建与活性位点设置 8.3 交联脚本的详细设置 8.4 交联产物的结构确认和检查 8.5 交联度的确认和进一步提升的技巧 8.6 穿环的检查（应用Perl脚本） 8.7 本讲的举一反三