materials_studio软件介绍

1、materials studio（ms）软件简介软件简介 materials studio 新一代材料模拟软件新一代材料模拟软件 u概述：概述： materials studio是分子模拟软件界的领先者是分子模拟软件界的领先者-美国美国accelrys 公司在公司在2000年初专为材料科学领域开发的可运行于年初专为材料科学领域开发的可运行于pc机上机上 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。材料工业中的许多重要问题。 materials studio软件采用软件采用client/server结构，客户端可

2、以结构，客户端可以 是是windows 98、2000或或nt系统，计算服务器可以是本机系统，计算服务器可以是本机 的的windows 2000或或nt，也可以是网络上的，也可以是网络上的windows 2000、 windows nt、linux或或unix系统。系统。 多种先进算法的综合运用使多种先进算法的综合运用使material studio成为一个强有成为一个强有 力的模拟工具。力的模拟工具。 u特点：特点： 优点优点：研究分子模型或材料结构，有丰富的模型资源，建：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。与其它标准模和制图能力。与其它标准pc软件整合，使得容易共享

3、这软件整合，使得容易共享这 些数据。些数据。 运行平台运行平台：windows nt/2000/xp，linux和和unix服务器服务器 分析领域分析领域：多范围的软件结合成一个集量子力学、分子力：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学、介观模型、分析工具模拟和统计相关为一体的建模环 境。境。 应用领域应用领域：材料、化工、物理等：材料、化工、物理等 作用：作用：为化学家、材料科学家和工程师带来有力为化学家、材料科学家和工程师带来有力 模拟方法。模拟方法。 设计更好的材料。设计更好的材料。 u模块简介：模块简介： 基本环境基本环境 分子力

4、学与分分子力学与分 子动力学子动力学 晶体、结晶与晶体、结晶与 x x射线衍射射线衍射 量子力学量子力学 高分子与高分子与 介观模拟介观模拟 定量结构定量结构- - 性质关系性质关系 u重点介绍四个模块：重点介绍四个模块： 1.ms visualizer模块模块 2.ms.discover模块模块 3.ms.dmol3模块模块 4.ms.castep模块模块 1.ms visualizer模块模块 l概述：概述： 提供了搭建分子、晶体、界面、表面及高分子材料结构模提供了搭建分子、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型所需的所有工具，可以操作、观

5、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件的基本环境和分析工具以支持materials studiomaterials studio的其它的其它 产品。是产品。是materials studiomaterials studio产品系列的核心模块。产品系列的核心模块。 lms visualizer的操作界面：的操作界面： 工具栏工具栏 任任 务务 栏栏 模型可视化窗口模型可视化窗口 建模栏建模栏 任务监控栏任务监控栏 应用举例应用举例建立建立ftbc-c4自组装大分子模型自组装大分子模

6、型 + l应用举例应用举例建立建立ftbc-c4自组装大分子模型自组装大分子模型 （1）三角形）三角形ag（三角形石墨烯片层）模型的建立（三角形石墨烯片层）模型的建立 画一个苯环画一个苯环 依次依次 得到三角形得到三角形ag 将每定点两氢将每定点两氢 原子替换为氟原子原子替换为氟原子 将每边中心两氢将每边中心两氢 原子替换为氧原子原子替换为氧原子 l应用举例应用举例建立建立ftbc-c4自组装大分子模型自组装大分子模型 （2）独立）独立ftbc-c4分子模型的建立分子模型的建立 添加添加ag 边缘悬挂边缘悬挂 键键氢键氢键 同样方法同样方法 建立烷基链建立烷基链 l应用举例应用举例建立建立ft

7、bc-c4自组装大分子模型自组装大分子模型 （2）独立）独立ftbc-c4分子模型的建立分子模型的建立 将烷基链安放将烷基链安放 到到agnr的每的每 个氧原子上个氧原子上 初步优化力初步优化力 场平衡下场平衡下 的几何机构的几何机构 l应用举例应用举例建立建立ftbc-c4自组装大分子模型自组装大分子模型 （3）ftbc-c4自组装大分子模型的建立自组装大分子模型的建立 同样方法同样方法 画出画出hopg 衬底衬底 以以hopg尺寸尺寸 和形状建立原胞和形状建立原胞 down结构结构 烷基链向下烷基链向下 l应用举例应用举例建立建立ftbc-c4自组装大分子模型自组装大分子模型 （3）ftb

8、c-c4自组装大分子模型的建立自组装大分子模型的建立 将将ftbc-c4 分子加到原胞分子加到原胞 hopg衬底上衬底上 （一个复制粘贴的过程）（一个复制粘贴的过程） up结构结构 烷基链向上烷基链向上 调整调整ftbc-c4 与衬底的距离与衬底的距离 与角度与角度 l应用举例应用举例建立建立ftbc-c4自组装大分子模型自组装大分子模型 （3）ftbc-c4自组装大分子模型的建立自组装大分子模型的建立 l概述：概述： discover是是materials studio的分子力学计算引擎。它使用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，这些方法被证了多种成熟的分子力学

9、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，为基础，discover可以准确地计算出最低能量构象，并可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。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，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，如晶体、非晶和溶剂化体系。另外，discover还提供强大还提供强大 的分析工具，可以对模拟结果进行分析，从而得到各类结的分析工具，可以对模拟结果进行分析，

10、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。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模块模块 l 计算实例计算实例 优化优化ftbc-c4自组装大分子室温下几何结构自组装大分子室温下几何结构 （1）建模，选）建模，选 择择discover模块模块 的的dynamics设设 置参数对话框置参数对话框 （2）参数设置：）参数设置： 系综：系综：nvt 温度：温度：298k 步数：步数：20万步万步 步长：步长：0.01fs 模拟时长：模拟时长：2ps 热浴：热浴：nose （3）run：开始运算：开始运算 l 计算实例计算实例 优化优

11、化ftbc-c4自组装大分子室温下几何结构自组装大分子室温下几何结构 （4）结果文件输出：）结果文件输出： l 计算实例计算实例 优化优化ftbc-c4自组装大分子室温下几何结构自组装大分子室温下几何结构 l 计算实例计算实例 优化优化ftbc-c4自组装大分子室温下几何结构自组装大分子室温下几何结构 （5）结果分析）结果分析在三维模型（在三维模型（.xtd）窗口下分析所需性质）窗口下分析所需性质 l 概述：概述： 3.ms.dmol3模块模块 独特的密度泛函（独特的密度泛函（dft）量子力学程序，是唯一可以模拟）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

12、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。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，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。强健高效，支持并行计算。ms4.0版本中加入了更方便的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。自旋极

13、化设置，可用于计算磁性体系。4.0版本起还可以进版本起还可以进 行动力学计算。行动力学计算。 （1）建模，选择）建模，选择dmol3 模块的模块的 calculation设设 置参数对话框：置参数对话框： 1）setuptask： lenergy-单点能单点能 lgeometry optimization- 几何优化（这里几何几何优化（这里几何 优化后结构只有细微优化后结构只有细微 改变，不给图片）改变，不给图片） 注：以下计算性能均可以在注：以下计算性能均可以在 计算单点能或几何优化时计算单点能或几何优化时 进行进行 l 计算实例计算实例 ftbc-c4自组装大分子单点能计算和几何优化自组装

14、大分子单点能计算和几何优化 2）electronic设置设置 如图如图 scf自洽迭代自洽迭代 精度：精度：0.001 迭代周期：迭代周期：300圈圈 l 计算实例计算实例 ftbc-c4自组装大分子单点能计算和几何优化自组装大分子单点能计算和几何优化 （2）计算性质选择：）计算性质选择： lelectron density-电子密度电子密度 lorbitals：电子轨道分布：电子轨道分布 （3）run：提交任务：提交任务 l 计算实例计算实例 ftbc-c4自组装大分子单点能计算和几何优化自组装大分子单点能计算和几何优化 （4）结果分析）结果分析在三维模型（在三维模型（.xsd）窗口下分析所

15、需性质）窗口下分析所需性质 l 计算实例计算实例 ftbc-c4自组装大分子单点能计算和几何优化自组装大分子单点能计算和几何优化 import：输出：输出orbitals 此图为此图为lumo分布图：黄蓝颜色描述分布图：黄蓝颜色描述lumo轨道电子云分布波函数的正负方向轨道电子云分布波函数的正负方向 （4）结果分析）结果分析在三维模型（在三维模型（.xsd）窗口下分析所需性质）窗口下分析所需性质 此图为此图为homo分布图：黄蓝图描述分布图：黄蓝图描述homo轨道电子云分布波函数的正负方轨道电子云分布波函数的正负方 向向 l 概述：概述： 先进的量子力学程序，广泛应用于陶瓷、半导体以及金属先进

16、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、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、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、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、模拟度及波函数、模拟stmst

17、m图像、计算电荷差分密度。图像、计算电荷差分密度。ms4.0ms4.0版版 本中加入了更方便的自旋极化设置，可用于计算磁性体系。本中加入了更方便的自旋极化设置，可用于计算磁性体系。 4.04.0版本起还可以计算固体材料的红外光谱。版本起还可以计算固体材料的红外光谱。 4.ms.castep模块模块 （1）建模，选择）建模，选择castep模模 块的块的 calculation设置参设置参 数对话框：数对话框： 1）setuptask： lenergy-单点能单点能 l交换关联能：交换关联能：gga- pw91 l 计算实例计算实例 ftbc-c4自组装大分子单点能计算（自组装大分子单点能计算（

18、castep计算量计算量 较大，大模型，不建议用其做几何优化）较大，大模型，不建议用其做几何优化） 2）electronic设置设置 如图如图 scf自洽迭代自洽迭代 精度：精度：0.0001 迭代周期：迭代周期：600圈圈 l 计算实例计算实例 ftbc-c4自组装大分子单点能计算自组装大分子单点能计算 （2）计算性质选择：）计算性质选择： lband structure-能带能带 k点越多精度越高，点越多精度越高， 计算量越大，对于大计算量越大，对于大 模型，模型，k点尽量少取点尽量少取 即可（即可（gfqz为布里为布里 渊区内对称点）渊区内对称点） ldensity of states

19、（dos）-态密度态密度 lelectron density-电电 子密度子密度 lorbitals：电子轨道：电子轨道 分布分布 （3）run：提交任务：提交任务 l 计算实例计算实例 ftbc-c4自组装大分子单点能计算自组装大分子单点能计算 （4）结果分析）结果分析在三维模型（在三维模型（.xsd）窗口下分析所需性质）窗口下分析所需性质 l 计算实例计算实例 ftbc-c4自组装大分子单点能计算自组装大分子单点能计算 1）能带分析和）能带分析和 dos： view 得到能带图得到能带图 和和dos图图 l 计算实例计算实例 ftbc-c4自组装大分子单点能计算自组装大分子单点能计算 能带

20、图（左）能带图（左） dos图（右）图（右） 用来分析杂化轨道用来分析杂化轨道 相互作用情况和费相互作用情况和费 米能级附近电荷跃米能级附近电荷跃 迁情况迁情况 材料的导电性能材料的导电性能 l 计算实例计算实例 ftbc-c4自组装大分子单点能计算自组装大分子单点能计算 （4）结果分析）结果分析在三维模型（在三维模型（.xsd）窗口下分析所需性质）窗口下分析所需性质 2）stm实验模拟计算图片：实验模拟计算图片：模拟模拟stmstm实验观测到的实验图片，实验观测到的实验图片，display styledisplay style 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。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