先進(jìn)復(fù)合材料studio

1、Materials Studio軟件概要Materials Studio軟件介紹Materials Studio軟件的模塊1 Materials Studio軟件介紹Materials Studio軟件是分子模擬軟件界的領(lǐng)先者-美國ACCELRYS公司2000年初推出的，專門為材料科學(xué)領(lǐng)域開發(fā)的可運行于PC上的新一代模擬軟件，可幫助研究人員解決當(dāng)今化學(xué)及材料工業(yè)中的許多重要問題。1 Materials Studio軟件介紹Materials Studio軟件采用Client/Server結(jié)構(gòu)?？蛻舳丝梢允荳indows 98、2000或NT系統(tǒng)，計算服務(wù)器可以是本機的Windows 2000或

2、NT，也可以是網(wǎng)絡(luò)上的Windows 2000、Windows NT、Linux或UNIX系統(tǒng)。Materials Studio采用了大家非常熟悉Microsoft標(biāo)準(zhǔn)用戶界面，它允許你通過各種控制面板直接對計算參數(shù)和計算結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置和分析。 1 Materials Studio軟件介紹1 Materials Studio軟件介紹多種先進(jìn)算法的綜合運用使Material Studio成為一個強有力的模擬工具。無論是性質(zhì)預(yù)測、聚合物建模還是X射線衍射模擬，我們都可以通過一些簡單易學(xué)的操作來得 到切實可靠的數(shù)據(jù)。模擬的內(nèi)容囊括了催化劑、聚合物、固體化學(xué)、結(jié)晶學(xué)、晶粉衍射以及材料特性等材料科學(xué)研究領(lǐng)

3、域的主要課題。 2 Materials Studio軟件的模塊Materials Studio軟件的模塊的劃分Materials Visualizer DISCOVER COMPASS Amorphous Cell Reflex Reflex Plus EquilibriaDMol3 CASTEPVAMPDPD ForciteMesoDyn2 Materials Studio軟件的模塊Materials Visualizer模塊:是Materials Studio 產(chǎn)品系列的核心模塊。它提供了搭建分子、晶體及高分子材料結(jié)構(gòu)模型所需要的所有工具，可以操作、觀察及分析結(jié)構(gòu)模型，處理圖表、表格或文本

4、等形式的數(shù)據(jù) ，并提供軟件的基本環(huán)境和分析工具以支持Materials Studio的其他產(chǎn)品。2 Materials Studio軟件的模塊DMol3模塊；CASTEP模塊；VAMP模塊2 Materials Studio軟件的模塊DMol3模塊：是一種獨特的量子力學(xué)程序，以密度泛函理論（DFT）為基礎(chǔ)。為用戶研究化學(xué)，制藥工業(yè)及材料科學(xué)中的課題提供了準(zhǔn)確的方法。它可以對氣態(tài)，液態(tài)表面和固體環(huán)境中的過程進(jìn)行模擬，可以解決化學(xué)，材料科學(xué)，化學(xué)工程和固體物理領(lǐng)域的各種問題。是進(jìn)行分子計算（尤其是對大分子）的最快的方法之一。 2 Materials Studio軟件的模塊DMol3模塊優(yōu)化已內(nèi)酯和

5、Al(OH)3的幾何結(jié)構(gòu)2 Materials Studio軟件的模塊CASTEP模塊： (Cambridge Sequential Total Energy Package)是由劍橋大學(xué)凝聚態(tài)理論研究組開發(fā)的一套先進(jìn)的量子力學(xué)程序，可以模擬固體、界面?zhèn)€表面的性質(zhì)，適用于多種材料體系，包括陶瓷、半導(dǎo)體、金屬等多種材料。CASTEP模塊根據(jù)系統(tǒng)中原子的類型和數(shù)目，既可預(yù)測出晶格常數(shù)、幾何結(jié)構(gòu)、彈性系數(shù)、電荷密度、波函數(shù)及光學(xué)性質(zhì)在內(nèi)的各種性質(zhì)。 2 Materials Studio軟件的模塊用CASTEP來確定晶體結(jié)構(gòu)，使用CASTEP對AlAs的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何優(yōu)化，并對電荷密度進(jìn)行計算和顯示

6、2 Materials Studio軟件的模塊VAMP模塊：是針對有機和無機分子體系的一個半經(jīng)驗的分子軌道軟件包。VAMP可快速計算分子的多種物理和化學(xué)性質(zhì)，其計算的速度和精度介于 基于力場的分子力學(xué)方法和量子力的第一原理方法之間。利用半經(jīng)驗的方法，可以對大體系進(jìn)行快速有效的計算。用VAMP可以進(jìn)行從幾何構(gòu)型優(yōu)化、過渡態(tài)搜尋及優(yōu)化到各種化學(xué)物理性質(zhì)評價的一系列工作。 2 Materials Studio軟件的模塊通過VAMP計算所得染料靛青分子的總電荷密度及靜電勢的圖形化顯示效果2 Materials Studio軟件的模塊Discover模塊；COMPASS模塊；Amorphous Cell

7、模塊Equilibria；Forcite模塊；Reflex模塊; Reflex Plus模塊2 Materials Studio軟件的模塊Discover模塊：是Material Studio的計算引擎。使用多種分子力學(xué)和動力學(xué)方法，以仔細(xì)推導(dǎo)的力場作為基礎(chǔ)，可準(zhǔn)確地計算出最低能量構(gòu)型、分子體系的結(jié) 構(gòu)和動力學(xué)軌跡等。提供了多種強有力的原子模擬方法，解釋分子結(jié)構(gòu)和行為的關(guān)系，提供對分子相互作用的了解，預(yù)測液體、固體和氣體的關(guān)鍵性質(zhì)，可廣泛地適用于各種分子和材料。通過DISCOVER對計算機輔助分子設(shè)計來開展重要的工作。 2 Materials Studio軟件的模塊用戶界面上顯示了一種用Dis

8、cover建模的復(fù)雜材料典型的樹狀晶體，左邊的文本框是Discover計算后輸出的結(jié)果。2 Materials Studio軟件的模塊COMPASS模塊：是一個支持對凝聚態(tài)材料進(jìn)行原子水平模擬的功能強大的力場。是第一個由凝聚態(tài)性質(zhì)以及孤立分子的各種從頭算和經(jīng)驗數(shù)據(jù)等參數(shù)化并驗證的從頭算力場。使用這個力場可以在很大的溫度、壓力范圍內(nèi)精確地預(yù)測孤立體系或凝聚態(tài)體系中各種分子的結(jié)構(gòu)、構(gòu)象、震動以及熱物理性質(zhì)。COMPASS的力場是通過Discover模塊調(diào)用的。 2 Materials Studio軟件的模塊Amorphous Cell模塊：是一個全面的模型構(gòu)建、模型分析工具。它允許對復(fù)雜的無定型系

9、統(tǒng)建立有代表性的模型，并對主要性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測。通過觀察系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的關(guān)系，可以對分子的一些重要性質(zhì)有更深入的了解，從而設(shè)計出更好的新化合物和新配方?？梢匝芯康男再|(zhì)有:內(nèi)聚能密度、狀態(tài)方程行為、鏈堆砌以及局部鏈運動等。 2 Materials Studio軟件的模塊用Amorphous Cell構(gòu)建的無定型PE的模型2 Materials Studio軟件的模塊Equilibria模塊：是一套全面的模擬工具，可以進(jìn)行相平衡的研究?？捎嬎銦N類化合物單組分體系或多組分混合物的相圖，溶解度作為溫度、壓力和濃度的函數(shù)也可同時得到。模擬提供的熱力學(xué)數(shù)據(jù)可以幫助化工及石化工業(yè)的研究人員進(jìn)行材料研究和過程

10、設(shè)計。 2 Materials Studio軟件的模塊運行于Materials Studio環(huán)境中的Equilibria將目前最先進(jìn)的原子模擬方法帶到桌面計算機系統(tǒng)。2 Materials Studio軟件的模塊Forcite模塊：是一個先進(jìn)的經(jīng)典分子力學(xué)計算工具，它能進(jìn)行快速的能量計算。并且對分子及周期性體系，通過Forcite可以得到可靠的最優(yōu)幾何構(gòu)型進(jìn)行快速的能量計算及可靠的幾何優(yōu)化（能量最小化計算）。對晶體結(jié)構(gòu)來說，有Forcite得到的最佳幾何結(jié)構(gòu)保留了晶體的對稱性。 2 Materials Studio軟件的模塊Forcite可以對復(fù)雜化結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠的幾何優(yōu)化計算，如圖中的PAMA

11、M枝狀聚合物2 Materials Studio軟件的模塊Reflex模塊：模擬晶體材料的X光、中子以及電子等多種粉末衍射圖譜。可以幫助確定晶體的結(jié)構(gòu)，解析衍射數(shù)據(jù)并用于驗證計算和實驗結(jié)果。模擬的譜圖可以直接與實驗數(shù)據(jù)比較，并能根據(jù)結(jié)構(gòu)的改變進(jìn)行即時的更新，還能對模擬結(jié)構(gòu)和實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的比較。Reflex提供了一套完整的計算工具，包括粉末衍射模擬、粉末指標(biāo)化及根據(jù)實驗數(shù)據(jù)對候選結(jié)構(gòu)精修等。 2 Materials Studio軟件的模塊使用Reflex預(yù)測的粉末衍射圖譜2 Materials Studio軟件的模塊Reflex Plus模塊：是對Reflex的完善和補充，在Reflex 標(biāo)

12、準(zhǔn)功能基礎(chǔ)上加入了已被廣泛驗證的Powder Solve技術(shù)。Reflex Plus提供了一套可以從高質(zhì)量的粉末衍射數(shù)據(jù)確定晶體結(jié)構(gòu)的完整工具。 2 Materials Studio軟件的模塊由實驗粉末衍射圖確定的抗消化性潰瘍藥甲氰咪胍的晶體結(jié)構(gòu)以及Reflex Plus確定的甲氰咪胍的晶體結(jié)構(gòu)模擬圖和實驗衍射圖譜的比較MesoDyn模塊；DPD模塊2 Materials Studio軟件的模塊2 Materials Studio軟件的模塊MesoDyn模塊： MesoDyn是一種可以在較大的時間和空間尺度上研究復(fù)雜流體體系的動力學(xué)方法，可以模擬研究包括聚合物熔融和共混在內(nèi)的一系列行為。這種方

13、法旨在闡明在工業(yè)上非常重要的介觀結(jié)構(gòu)及其動力學(xué)過程，所以它已經(jīng)在科研以及工業(yè)部門受到廣泛的關(guān)注。2 Materials Studio軟件的模塊通過MesoDyn模擬得到共聚物的相分離情況，是平衡前的相貌。2 Materials Studio軟件的模塊DPD模塊：(Dissipative Particle Dynamics)是一種用來研究復(fù)雜流體的介觀模擬方法。用于研究復(fù)雜的流體現(xiàn)象，包括顏料、藥物、化妝品以及藥物控釋等。DPD可以提供流體在平衡態(tài)、剪切受力以及受限在狹窄空腔等條件下的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)性質(zhì)，而且研究的時間和空間尺度超越了傳統(tǒng)的基于原子水平的分子動力學(xué)模擬方法。2 Materials

14、Studio軟件的模塊MesoDyn所得油，水，洗滌劑混合示意圖：藍(lán)水；紅油；紫和綠活性劑的疏水端和親水端2 Materials Studio軟件的模塊思考：對應(yīng)于不同時間和空間尺度的模塊，1) 哪個模塊對你更有吸引力？2) 上機實驗時你希望練習(xí)掌握哪個模塊？Si的折射率計算1.打開軟件，建立文件名；2.打開file/import，選擇Structures/senmiconductors，找到Si元素并打開；在圖像顯示區(qū)點擊鼠標(biāo)右鍵，display style可以獲得不同的結(jié)構(gòu)顯示圖；Si的折射率計算3.點擊CASTEP tools，選擇Caulculation；Si的折射率計算4.進(jìn)入CASTEP Calculation后，在Setup菜