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1、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M
2、aterialStudio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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、 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
9、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
10、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 bandst
11、ructure 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
12、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 TaskGeometryOptimization 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 350eVK点 4 4 4SCF 自洽迭代精度 0 00002迭代周期 1003 Run 提交任务 计算实例
13、 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 TaskEnergy 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 谢谢
