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1、 计计算机越来越便宜，功能却越来越强大。 试验费试验费 用趋趋向于越来越昂贵贵（时间时间 和金钱钱）。 如果计计算机模拟拟能在某种程度上提供足够够的进进度，会比真实实的试验节试验节 省费费用。 解释实验结释实验结 果。引言：Wien2K, Gaussian，VASP, Material Studio.计 算 材 料 学Material Studio的特点： 1. 采用服务务器/客户户机模式的软软件环环境， Microsoft标标准用户户界面，不需要登录录服务务器。Http Gateway FtpXP, 2000, 2003, Vista, 2008第一章 Material Studio简介Mo
2、duleparallel?Windows Linux IA32Linux IA64Moduleparallel ?WindowsLinux IA32Linux IA64Materials Visualizer ONETEP Adsorption Locator Polymorph Amorphous Cell QMERA Blends QSAR and QSAR Plus CASTEP and NMR CASTEP Reflex-Pattern Processing and Powder Diffraction COMPASS Reflex-Powder Indexing CCDC Refle
3、x-Powder Refinement Conformers Reflex Plus Discover Reflex QPA DMol3 Sorption DPD Synthia Equilibria VAMP Forcite X-Cell Gaussian Mesotek GULP Morphology MesoDyn Materials modeling and simulation helps to understand and control materials structure, properties, and processes. These phenomena are dete
4、rmined across a range of length and time scales, each requiring specialist modeling technologies. 2. 能够够容易地创创建并研究分子模型或材料结结构，使用极好的制图图能力来显显示结结果。3. 与其它标标准PC软软件整合的工具使得容易共享这这些数据 Origin, Matlab。 4. 采用材料模拟拟中领领先的十分有效并广泛应应用的模拟拟方法（LDA, GGA）。5. 可模拟拟的内容：催化剂剂、聚合物、固体化学、结结晶学、晶粉衍射以及材料特性等。 主要模块：Visualizer建模模块Amorpho
5、us Cell BlendsCASTEP Conformers DMol3 DPD Discover Equilibria ForciteGULPMesoDyn Morphology Onetep Polymorph QMERA Reflex Synthia VAMP Gaussian计算和分析模块Visualizer:图形化计算模型的构建模块晶胞，分子，晶体表面，纳米结构，聚合物 构建计算的模型锐钛矿TiO2TiO2(111)Pt(110)-CO(2x1)碳纳米管 TiO2纳米棒Amorphous Cell：用于对对无定形材料的性质质研究应应用实实例：Investigation of New
6、 Polymer Electrolytes Task is to identify and rate new polymer structures using molecular dynamics simulations to estimate the rate of diffusion of lithium cations through a polymer matrix。 J. Electrochem Soc., 142, (1995) 1859CASTEP模块 Cambridge Serial Total Energy Package)先进的量子力学程序，广泛应用于陶瓷、半导体以 及金属
7、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 本起可计算固体材料的红外光谱和磁性体系。Compute Ellingham diagrams, plots of the standard free energy of reaction (DG) vs temperature.实例1. Ab initio Thermodyna
8、mics of Oxide Phase Stability, RuO2很稳定，而RhO2Rh2O3 at 750 oCComp. Mat. Sci. 33, 83 (2005).实例2. Crystal structure determination from conventional X-ray powder diffraction data of polycrystalline materialsJ. Chem. Phys. 2000,113, 7756-7764.Optimization of atomic coordinates by DFT calculations using DM
9、ol3 or CASTEP实例3. Manipulation of Carbon Nanotubes using Nitrogen ImpuritiesPhysical Review Letters, 91, (2003) 105502the charge density实例4. Oxygen Manipulation of the Structural and Optoelectronic Properties of Silicon NanodotsPhysica Status Solidi (A) 197, 251 (2003). Phys. Rev. B. 68, 085327 (200
10、3). J. Appl. Phys. 94, 2130 (2003Phys. Rev. B, 2003, 67, 245404实例5. Understanding the Properties (structural, mechanical, vibrational, and electronic) of Carbon and Boron-nitride NanotubesJ. Chem. Phys., 2001, 115(11), 5272-5277The CASTEP simulations resulted in the following :1.CO 优先吸附在Pt表面的顶位 2.Ox
11、ygen 优先吸附在Cu3Pt(111) 表面Cu原子间的空心位3.CO (or Oa) 在合金表面的吸附能比两种纯金属表面的吸附能低。4.合金表面上CO 氧化的势垒比在纯金属表面低. 表明Cu3Pt 可能是比Pt or Cu更好的催化剂。5.The physical origins of the result实例6. Study of the Effect of Alloying on the Surface Reactivity of Catalysts实例7. Investigation on III-V Nitrides彰化師範大學碩士论文（顏勝宏）Vergards Law实例8. S
12、urface Corrosion Studies of Iron-Chromium Stainless SteelsChem. Phys. Lett.,(2004) 383, 549-554.实例9. N掺杂TiO2光学性质的计算：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
13、的自 旋极化设置，可用于计算磁性体系。DMol3 模块 Chemical Physics Letters, 395, 7-11.实例1. Metal-Nanotube Interactions Binding Energies and Wetting PropertiesAn (8, 0) SWNT on metal surfaces: (a) Au (100); (b) Pd (111); (c) Pt (111).Eb(Pt) Eb(Pd) Eb(Au)实例2. Hydrogen Storage For Fuel Cells - A Density Functional Theory St
14、udy of Hydrogen Adsorption on Aluminium ClustersPhys. Chem. Chem. Phys., 1999, 1, 13-21Electron density of Al13H isomers实例3. Atomistic Modeling of Chemical Vapor Deposition (CVD): Silicon Oxynitride实实例4. Understanding the Nitrogen Dioxide Sensing Mechanism of Tin Dioxide NanoribbonsNano Letters, 200
15、3, 3(8), 102Molecular model of a SnO2 nanoribbon, showing its exposed surfaces and edges.实例五、Activity of Lanthanum-based Catalysts at The Dow Chemical CompanyJ. Phys. Chem. B, 2005, 109, 11634-1164.MesoDyn模块MesoDyn是一个介等尺度动力学方法，用于研 究跨越长时间过程的大体系。此方法使用源自 化学组分梯度和朗文噪音的组分密度场方法。 体系的微相分离、胶束和自组装过程都可以使 用MesoD
16、yn程序进行研究。在固定几何结构的 剪应力和受限影响都可以进行研究。 MesoDyn 的应用包括：涂料，化妆品，混合聚合材料， 表面溶剂，复杂药物传输以及其它领域。实例. Mesoscale Modeling of Latex Seed Formation ONETEP模块： ONETEP is a revolutionary quantum mechanics-based program designed specifically for calculations on large systems (500 atoms). ONETEP brings the accuracy of density
