materials-studio软件介绍

MaterialsStudio（MS）软件简介MaterialsStudio——新一代材料模拟软件概述：MaterialsStudio是分子模拟软件界的领先者--美国Accelrys公司在2000年初专为材料科学领域开发的可运行于PC机上的新一代材料计算软件，可帮助研究人员解决当今化学及材料工业中的许多重要问题。MaterialsStudio软件采用Client/Server结构，客户端可以是Windows98、2000或NT系统，计算服务器可以是本机的Windows2000或NT，也可以是网络上的Windows2000、WindowsNT、Linux或UNIX系统。多种先进算法的综合运用使MaterialStudio成为一个强有力的模拟工具。特点：优点：研究分子模型或材料结构，有丰富的模型资源，建模和制图能力。与其它标准PC软件整合，使得容易共享这些数据。运行平台：WindowsNT/2000/XP，Linux和UNIX服务器分析领域：多范围的软件结合成一个集量子力学、分子力学、介观模型、分析工具模拟和统计相关为一体的建模环境。应用领域：材料、化工、物理等作用：为化学家、材料科学家和工程师带来有力模拟方法。设计更好的材料。模块简介：基本环境分子力学与分子动力学晶体、结晶与X射线衍射量子力学高分子与介观模拟定量结构-性质关系重点介绍四个模块：1.MSVisualizer模块2.MS.DISCOVER模块3.MS.Dmol3模块4.MS.CASTEP模块1.MSVisualizer模块概述：提供了搭建分子、晶体、界面、表面及高分子材料结构模型所需的所有工具，可以操作、观察及分析计算前后的结构模型，处理图型、表格或文本等形式的数据，并提供软件的基本环境和分析工具以支持MaterialsStudio的其它产品。是MaterialsStudio产品系列的核心模块。MSVisualizer的操作界面：工具栏任务栏模型可视化窗口——建模栏任务监控栏应用举例——建立FTBC-C4自组装大分子模型+应用举例——建立FTBC-C4自组装大分子模型（1）三角形AG（三角形石墨烯片层）模型的建立画一个苯环依次得到三角形AG将每定点两氢原子替换为氟原子将每边中心两氢原子替换为氧原子应用举例——建立FTBC-C4自组装大分子模型（2）独立FTBC-C4分子模型的建立添加AG边缘悬挂键—氢键同样方法建立烷基链应用举例——建立FTBC-C4自组装大分子模型（2）独立FTBC-C4分子模型的建立将烷基链安放到AGNR的每个氧原子上初步优化力场平衡下的几何机构应用举例——建立FTBC-C4自组装大分子模型（3）FTBC-C4自组装大分子模型的建立同样方法画出HOPG衬底以HOPG尺寸和形状建立原胞Down结构——烷基链向下应用举例——建立FTBC-C4自组装大分子模型（3）FTBC-C4自组装大分子模型的建立将FTBC-C4分子加到原胞HOPG衬底上（一个复制粘贴的过程）up结构——烷基链向上调整FTBC-C4与衬底的距离与角度应用举例——建立FTBC-C4自组装大分子模型（3）FTBC-C4自组装大分子模型的建立概述：Discover是MaterialsStudio的分子力学计算引擎。它使用了多种成熟的分子力学和分子动力学方法，这些方法被证明完全适应分子设计的需要。以多个经过仔细推导的力场为基础，Discover可以准确地计算出最低能量构象，并可给出不同系综下体系结构的动力学轨迹。周期性边界条件的引入使得它可以对固态体系进行研究，如晶体、非晶和溶剂化体系。另外，Discover还提供强大的分析工具，可以对模拟结果进行分析，从而得到各类结构参数、热力学性质、力学性质、动力学量以及振动强度。2.MS.DISCOVER模块计算实例——优化FTBC-C4自组装大分子室温下几何结构（1）建模，选择Discover模块的Dynamics设置参数对话框（2）参数设置：系综：NVT温度：298K步数：20万步步长：0.01fs模拟时长：2ps热浴：Nose（3）Run：开始运算计算实例——优化FTBC-C4自组装大分子室温下几何结构（4）结果文件输出：计算实例——优化FTBC-C4自组装大分子室温下几何结构计算实例——优化FTBC-C4自组装大分子室温下几何结构（5）结果分析——在三维模型（.xtd）窗口下分析所需性质概述：3.MS.Dmol3模块独特的密度泛函（DFT）量子力学程序，是唯一可以模拟气相、溶液、表面及固体等过程及性质的商业化量子力学程序，应用于化学、材料、化工、固体物理等许多领域。可用于研究均相催化、多相催化、半导体、分子反应等，也可预测诸如溶解度、蒸气压、配分函数、溶解热、混合热等性质。可计算能带结构、态密度。基于内坐标的算法强健高效，支持并行计算。MS4.0版本中加入了更方便的自旋极化设置，可用于计算磁性体系。4.0版本起还可以进行动力学计算。（1）建模，选择Dmol3模块的calculation设置参数对话框：1）Setup——Task：Energy-单点能GeometryOptimization-几何优化（这里几何优化后结构只有细微改变，不给图片）注：以下计算性能均可以在计算单点能或几何优化时进行计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算和几何优化2）Electronic设置如图SCF——自洽迭代精度：0.001迭代周期：300圈计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算和几何优化（2）计算性质选择：Electrondensity-电子密度Orbitals：电子轨道分布（3）Run：提交任务计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算和几何优化（4）结果分析——在三维模型（.xsd）窗口下分析所需性质计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算和几何优化Import：输出Orbitals此图为LUMO分布图：黄蓝颜色描述LUMO轨道电子云分布波函数的正负方向（4）结果分析——在三维模型（.xsd）窗口下分析所需性质此图为HOMO分布图：黄蓝图描述HOMO轨道电子云分布波函数的正负方向概述：先进的量子力学程序，广泛应用于陶瓷、半导体以及金属等多种材料。可研究：晶体材料的性质（半导体、陶瓷、金属、分子筛等）、表面和表面重构的性质、表面化学、电子结构（能带及态密度、声子谱）、晶体的光学性质、点缺陷性质（如空位、间隙或取代掺杂）、扩展缺陷（晶粒间界、位错）、成分无序等。可显示体系的三维电荷密度及波函数、模拟STM图像、计算电荷差分密度。MS4.0版本中加入了更方便的自旋极化设置，可用于计算磁性体系。4.0版本起还可以计算固体材料的红外光谱。4.MS.CASTEP模块（1）建模，选择Castep模块的calculation设置参数对话框：1）Setup——Task：Energy-单点能交换关联能：GGA-PW91计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算（castep计算量较大，大模型，不建议用其做几何优化）2）Electronic设置如图SCF——自洽迭代精度：0.0001迭代周期：600圈计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算（2）计算性质选择：bandstructure-能带k点越多精度越高，计算量越大，对于大模型，k点尽量少取即可（GFQZ为布里渊区内对称点）densityofstates（DOS）-态密度Electrondensity-电子密度Orbitals：电子轨道分布（3）Run：提交任务计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算（4）结果分析——在三维模型（.xsd）窗口下分析所需性质计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算1）能带分析和dos：view——得到能带图和dos图计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算能带图（左）dos图（右）用来分析杂化轨道相互作用情况和费米能级附近电荷跃迁情况——材料的导电性能计算实例——FTBC-C4自组装大分子单点能计算（4）结果分析——在三维模型（.xsd）窗口下分析所需性质2）STM实验模拟计算图片：模拟STM实验观测到的实验图片，DisplayStyle用来设置等密度面值及其他晶胞和电荷密度面区域的参数。(1)建模,进行结构优化：选择Castep模块的calculation设置参数对话框：1）setup：Task•GeometryOptimization—几何优化•交换关联能：GGA--PBE•计算实例——GaAs光学性质计算2)Electronic设置:•截断能：350eV•K点：4*4*4•SCF—自洽迭代精度：0.00002迭代周期：1003)Run：提交任务•计算实例——GaAs光学性质计算•结构优化：选择Castep模块的Analysis设置参数对话框，进行Structure分析。•计算实例——GaAs光学性质计算（2）优化完成后进行能量计算：选择Castep模块的calculation设置参数对话框：1）setup：Task•Energy--能量•交换关联能：GGA--PBE•计算实例——GaAs光学性质计算（3）计算性质选择：bandstructure-能带densityofstate(DOS)-态密度Opticalproperties-光学性质(4)Run—提交任务•计算实例——GaAs光学性质计算（5）结果分析：选择需要分析的光学性质参数，进行Calculate，然后进行View。•计算实例——GaAs光学性质计算我们可以把Castep分析得到的数据copy到Origin里面作图，这样比较容易分析。•计算实例——GaAs光学性质计算