КонТуб

КонТуб
	Скриншот главного окна CoNTub 1.0.
Разработчик(и)	Группа моделирования и молекулярного проектирования
Первоначальный выпуск	Апрель 2004 г.; 20 лет назад ( 2004-04 )
Стабильный релиз	2.0 / Сентябрь 2011 г. ; 13 лет назад ( 2011-09 )
Операционная система	Кроссплатформенность .
Тип	Хемоинформатика / Молекулярное моделирование
Лицензия	бесплатное программное обеспечение
Веб-сайт	www.ugr.es/local/gmdm/contub.htm

CoNTub — это программный проект, написанный на Java , который работает на операционных системах Windows , Mac OS X , Linux и Unix через любой веб-браузер с поддержкой Java. Это первая реализация алгоритма для генерации трехмерных структур произвольных соединений углеродных нанотрубок посредством размещения нешестиугольных (пятиугольных или семиугольных) колец, также называемых дефектами или дисклинациями.

Программное обеспечение представляет собой набор инструментов, предназначенных для построения сложных структур из углеродных нанотрубок для использования в вычислительной химии . CoNTub 1.0 ^[1] был первой реализацией для построения этих сложных структур и включал гетеропереходы нанотрубок, в то время как CoNTub 2.0 ^[2] в основном посвящен соединениям из трех нанотрубок. Его цель — помочь в проектировании и исследовании новых устройств на основе нанотрубок. CoNTub основан на алгебре полос и способен находить уникальную структуру для соединения двух определенных и произвольных углеродных нанотрубок и многих возможных соединений из трех трубок.

CoNTub генерирует геометрию различных типов соединений нанотрубок, т. е. гетеропереходов нанотрубок и соединений из трех нанотрубок, включая также однослойные нанотрубки (SWNT) и многослойные нанотрубки (MWNT).

Хотя текущая версия CoNTub — v2.0, эта версия не заменяет v1.0, поскольку v2.0 в настоящее время предназначена только для трехнанотрубочных соединений, хотя планируется включение функциональности v1.0 в v.2.0. Гетеропереходы нанотрубок могут быть созданы только с помощью v1.0.

CoNTub v1.0 организован в пять панелей с вкладками CoNTub ^[1] , первые три из которых посвящены генерации структуры, четвертая — выводу в формате PDB , а пятая содержит краткий раздел справки.

CoNTub v2.0 экспериментировал с крупным редизайном, и панели были удалены, вместо этого была добавлена обычная строка меню, где можно выбрать тип генерируемой структуры. Хотя пункт меню для генерации гетероперехода появляется в меню, кнопка отключена, поэтому NTHJ могут быть сгенерированы только с помощью v1.0

Функции

3D молекулярный просмотрщик
Генерация структуры гетеропереходов углеродных нанотрубок на основе индексов (i,j) и длины (l) двух нанотрубок.
Генерация структуры однослойных нанотрубок (SWNT) из индексов (i,j) и длины (l)
Генерация структуры симметричных трехнанотрубочных соединений (TNJ), выбранных из списка возможностей, учитывая индексы соединенных нанотрубок.
Построение электронной зонной структуры и плотности состояний (DOS) для однослойных нанотрубок (SWNT)
Генерация структуры многослойных нанотрубок из индексов (i,j) и длины (l), количества оболочек (N) и расстояния (S).
Вывести координаты xyz структур в формате файла (PDB)

Генерация нанотрубок

Для создания SWNT необходимо только ввести индексы трубки, ее желаемую длину ( Ангстрем ) и тип атома для завершения оборванных связей. ConTub отображает полученную нанотрубку, а также ее электронную зонную структуру и плотность состояний (DOS) в соответствии с моделью сильной связи . ^[3]

MWNT — несколько трубок с одинаковой осью и длиной — создаются путем указания индексов самой внутренней трубки (i,j), желаемой длины (l), количества оболочек (N) и приблизительного расстояния между оболочками или интервала (S) в ангстремах . Значение интервала по умолчанию соответствует стандартному расстоянию между слоями в кристаллическом графите (3,4 Å). ConTub автоматически выбирает индексы оставшихся трубок, пытаясь отрегулировать межслоевое расстояние, и пытается использовать трубки с той же хиральностью , что и у внутренней нанотрубки.

Генерация гетероперехода

Это ядро программы CoNTub ^[1] . Была реализована алгебра полос , ^[4], которая позволяет соединить две идеальные углеродные нанотрубки , независимо от их геометрии, радиуса или хиральности , с максимально возможной геометрией, т. е. с наименьшим количеством нешестиугольных колец ( пятиугольник и семиугольник ), также называемых дефектами или дисклинациями . Всегда существует возможная связь между двумя трубками, и алгебра полос приводит к тому, что решение является уникальным и зависит только от индексов (i,j) обеих трубок.

С₃Генерация симметричного соединения из трех нанотрубок

Во второй версии CoNTub была выпущена дополнительная реализация алгебры полос, призванная прояснить точное расположение атомов и колец, приводящих к соединению трех нанотрубок.

Соединение между тремя нанотрубками требует, по крайней мере, наличия шести семиугольников вместо одного пятиугольника и семиугольника, требуемых для гетероперехода. В этом случае набор уравнений, управляющих геометрией, имеет больше переменных для решения, чем ограничений, поэтому возможные геометрии составляют бесконечное множество. Подробная процедура построения нанотрубки также была опубликована,

Наложение дополнительных ограничений на геометрию может облегчить поиск жизнеспособных геометрий, и это то, что применяется в текущей версии CoNTub: принудительно заставляя соединенные трубки быть одного типа и принудительно добавляя дополнительную симметрию C ₃ , можно найти автоматизированный способ построения геометрии. Однако даже с этими ограничениями возможности все еще бесконечны. Поэтому необходимо было разработать способ оценки жизнеспособности соединения, даже до его построения. Учитывая, что нешестиугольные кольца

Галерея изображений

CoNTub v1.0 — панель 3D-просмотра (увеличение).
CoNTub v1.0 — панель 3D-просмотра (режимы «cutback» и «ball&stick»).
Панель ГЕТЕРОПЕРЕХОДА CoNTub v1.0.
Панель ГЕТЕРОПЕРЕХОДА CoNTub v1.0.
Панель SWNT CoNTub v1.0.
Панель SWNT CoNTub v1.0.
Панель MWNT CoNTub v1.0.
Панель вывода CoNTub v1.0.

Смотрите также

Ссылки

^ Melchor, S.; Dobado, JA (2004). «CoNTub: алгоритм соединения двух произвольных углеродных нанотрубок». J. Chem. Inf. Comput. Sci . 44 (5): 1639– 1646. doi :10.1021/ci049857w. PMID 15446821.
^ Мельчор, С.; Мартин-Мартинес, Ф.Дж.; Добадо, Дж.А. (2011). «CoNTub v2.0 — Алгоритмы построения C3-симметричных моделей трехнанотрубочных соединений». J. Chem. Inf. Model . 51 (6): 1492– 1505. doi :10.1021/ci200056p. PMID 21568270.
^ Савинский, С.С.; Хохряков, Н.В. Особенности состояний π-электронов углеродных нанотрубок. ЖЭТФ, 1997, 84, 1131-1137.
^ Мельчор, С.; Хохряков, Н.В.; Савинский, СС (1999). «Геометрия многотрубчатых углеродных кластеров и электронная передача в нанотрубчатых контактах». Молекулярная инженерия . 8 (4): 315– 344. doi :10.1023/A:1008342925348. S2CID 92241729.

[1] Melchor, S.; Dobado, JA (2004). «CoNTub: алгоритм соединения двух произвольных углеродных нанотрубок». J. Chem. Inf. Comput. Sci . 44 (5): 1639– 1646. doi :10.1021/ci049857w. PMID 15446821.

[2] Мельчор, С.; Мартин-Мартинес, Ф.Дж.; Добадо, Дж.А. (2011). «CoNTub v2.0 — Алгоритмы построения C3-симметричных моделей трехнанотрубочных соединений». J. Chem. Inf. Model . 51 (6): 1492– 1505. doi :10.1021/ci200056p. PMID 21568270.

[3] Савинский, С.С.; Хохряков, Н.В. Особенности состояний π-электронов углеродных нанотрубок. ЖЭТФ, 1997, 84, 1131-1137.

[4] Мельчор, С.; Хохряков, Н.В.; Савинский, СС (1999). «Геометрия многотрубчатых углеродных кластеров и электронная передача в нанотрубчатых контактах». Молекулярная инженерия . 8 (4): 315– 344. doi :10.1023/A:1008342925348. S2CID 92241729.