Materials Studio(MS2016)材料模拟软件-案例手册
materials studio操作手册
materials studio操作手册【实用版】目录1.Materials Studio 简介2.Materials Studio 的功能3.Materials Studio 的使用方法4.Materials Studio 的优缺点正文1.Materials Studio 简介Materials Studio 是一款专业的材料科学研究软件，广泛应用于材料模拟、计算和数据分析等领域。
该软件旨在为科研人员和工程师提供一套全面、高效的材料研究解决方案，帮助用户加速材料设计和开发过程。
2.Materials Studio 的功能Materials Studio 具有以下主要功能：(1) 材料模拟：可以进行第一性原理、分子动力学、蒙特卡洛等模拟，为用户提供多种材料模拟方案。
(2) 计算分析：提供多种计算方法，包括能量、力、磁性、电子性质等分析，帮助用户深入了解材料性质。
(3) 数据处理与分析：可以处理和分析各种材料数据，包括晶体结构、电子衍射、光学性质等。
(4) 材料设计与优化：通过模拟和计算，可以辅助用户进行材料设计和优化，提高材料性能。
(5) 可视化：提供多种可视化工具，方便用户观察和分析模拟结果。
3.Materials Studio 的使用方法(1) 安装：首先需要下载并安装 Materials Studio 软件，安装过程中需要输入许可证密钥。
(2) 学习：为了熟练使用 Materials Studio，用户需要学习相关的操作技巧和模拟方法。
可以通过阅读官方教程、参加培训课程或请教有经验的同行来学习。
(3) 创建项目：在 Materials Studio 中创建一个新项目，可以导入所需的材料参数和结构数据。
(4) 设定模拟参数：根据需求选择合适的模拟方法，并设置相关参数，如模拟温度、压力等。
(5) 运行模拟：启动模拟任务，等待模拟结果。
(6) 分析结果：通过可视化工具观察和分析模拟结果，提取所需信息。
Material Studio的Sorption模块用于MOF材料
四调节参数，提高效率
• 力场参数的调节 Step1、找到力场文件，在MS的安装目录下搜索.off, 找到Dreiding.off Universal.off后复制一份到单独目录，再导入到当前任务中。
注意到UFF力场在这 里是不能被MS所编辑 的，所以基于该力场 改变参数需要通过修 改文本内容的方法。
三、结果分析与后期处理——IRMOF1吸附CO2为例
输入的结构 参数设置 能量曲线 结果文件 吸附量动态曲线 状态文件 吸附热 平均吸附量
能量分布曲线
最低能量结构 密度分布结构文件
三、结果分析与后期处理——IRMOF1吸附CO2为 例
吸附量动态曲线
CO2的平均值趋近于一条与横轴平行的线，说明前期平衡步数设置合理
卡洛（GCMC）的方法则可以研究上述作用和性质。
在GCMC中，主客体之间或客体客体之间的作用一般采用下式来描述：
上式中需要定义参数有σij、εij、qi、q j，前两个可从力场中获得，后两者需要计算MOF和吸附质的电荷。
二、简单模拟——前期准备
• 所需背景：1、MOF材料的晶体结构；2、被吸附分子坐标 • 晶体结构预处理：将cif文件导入MS中，删除客体分子，检查结 构是否有无序，若有，先删去其中占有率偏小的一套坐标，如若 单胞的原子个数较少（<500个，依据计算资源而定），可以将 此坐标进行DFT优化。 • 被吸附分子建立：可直接通过MS对小分子建模，或直接从外部 导入。 • 注意事项：如果单胞的原子太多，或计算资源太少无法进行DFT 优化，可以先不做处理，或者尝试用Forcite模块进行分子动力学 优化，但是要仔细检查结构变化是否合理等。
二、简单模拟——参数设置
• 精度——Quality 选择最高即可，重复文献时设置截断半径需要在右下角的More中设置 • 模拟方法——Summation method 一般来说不用修改，基于Ewald的方法效率要比其他高 • 性质——Properties 默认已将三个全部勾选，Grid resolution选择最高即可。 • 任务控制——Job Control 除了选择计算所需使用的服务器以外，右下角的More常常被忽略，里 面还可以设置更新的速度、文件保存等选项。
materials studio操作手册
materials studio操作手册Materials Studio是一款功能强大的材料模拟软件，广泛应用于材料科学、化学、物理等领域。
本手册旨在向初学者介绍Materials Studio 的基本操作方法，帮助读者快速上手和熟练使用该软件。
一、软件介绍Materials Studio是由Accelrys公司开发的一款材料模拟软件，提供了多种计算和模拟工具，包括材料结构建模、分子动力学模拟、密度泛函理论计算等。
软件界面简洁直观，操作相对简单，适合初学者学习和使用。
二、软件安装1. 下载Materials Studio安装包，双击运行安装程序。
2. 按照安装向导的提示进行安装，并选择安装路径。
3. 安装完成后，打开软件，输入许可证信息进行激活。
三、材料结构建模1. 打开Materials Studio，点击菜单栏的“建模”选项。
2. 在“建模”界面中，选择所需的建模工具，如“晶体构建”、“分子段构建”等。
3. 根据需要输入所需的参数，如晶体的晶面、晶格常数等。
4. 完成结构建模后，保存并命名该模型。
四、模拟计算1. 在Materials Studio主界面，点击菜单栏的“计算模拟”选项。
2. 在“计算模拟”界面中，选择所需的计算方法，如分子动力学模拟、能带计算等。
3. 根据需要输入所需的参数，如温度、压力、模拟时间等。
4. 点击“开始计算”按钮，等待计算结果的生成。
五、数据分析与可视化1. 根据计算结果，在Materials Studio主界面选择“后处理与分析”选项。
2. 在“后处理与分析”界面中，选择所需的分析工具，如晶体结构分析、能带分析等。
3. 输入相应的参数和选择所需的分析方法。
4. 运行分析工具后，生成分析结果，并通过可视化方式展示。
六、参数优化1. 在Materials Studio主界面，选择“参数优化”选项。
2. 在“参数优化”界面中，选择所需的优化算法，如遗传算法、全局优化算法等。
Materials_Studio_案例
Materials Studio 案例2：水分子在1atm ，298K 下的径向分布和扩散系数计算目的：用Materials Studio （MS ）软件模拟计算1atm ，25℃下，500个水分子无定形体系的径向分布函数和扩散系数。
模块：Amorphous cell, Discover简介：径向分布函数g(r)：以流体系统中一个分子为目标分子，与其中心距离由r dr →间的分子数目为dN ，则2()4dN g r r drρπ=可理解为区域密度与平均密度的比。
分子扩散系数：在一个不流动的环境中，若某组分在空间各位置点上的浓度不同，则此组分的分子便可能从浓度高的地方传递到浓度低的地方。
这是靠分子扩散的方式传递的。
单位面积和传递速率与浓度梯度（即两点的浓度差除以这两点间的距离）成正比。
这比例常数称为分子扩散系数。
1.建立初始结构(1)建造一个的水分子运行MS ，新建一个Project 命名为water molecular 。
打开一个新的xsd 文档命名为H2O.xsd 。
在工具栏选择Sketch Atom 工具绘制一个水分子，如下图所示。
然后点击Clean 工具修正得到合理的几何构象。
(2)建造多分子水的无定型体系选择菜单栏Modules 上的Amorphous Cell ，在下拉列表中选择Construction ，打开Amorphous Cell Construction 对话框。
点击Add 按钮将水分子添加到体系中，单击Constituent molecules 栏中Number 下的数字，设为500。
相应的，温度298K ；Number of configurations 填1；Cell type 选Periodic cell(设置体系含有周期性边界条件)；水密度0.997g/cc 。
在Setup 选项卡中，选用Compass 力场；Job description 可设置任务名称。
点击Construct开始构建，在Project explorer中出现了一个新的名为Sketch 1 AC Constr 的文件夹。
3 LAMMPS软件与materials_studio软件介绍
Lammps软件的应用
应用步骤—程序安装
安装平台环境（考虑不同的操作系统，是否并行计算） 简单易行的安装
• Windows下：命令行执行方式 • Linux下：编译选择项 • 几个关键点：编译器的选择；并行库的位置，相关库的位置
应用步骤--实例学习
输入脚本格式书写：3-1节内容，积木式搭建 分块命令学习方法： 几何模型构建：atom_style, boundary, dimension，units create_atoms, create_box, lattice, read_data, read_restart, region, replicate 物理模型构建：angle_coeff, angle_style, bond_coeff, bond_style, dielectric, dihedral_coeff 过程模型构建：Fix：is any operation that is applied to the system during timestepping or minimization. Examples include updating of atom positions and velocities due to time integration, controlling temperature, applying constraint forces to atoms, enforcing boundary conditions, computing diagnostics, etc. 输出模型构建：compute过程计算量，热力学输出量（全局量），局部表征量（单 个原子、组原子）
• # initial velocities初始化速度 • compute new mobile temp • #定义温度的计算（可动区域内统计平均） • compute new2 mobile stress/atom • #定义原子应力的计算（整个区域） • Velocity mobile create 0.01 887723 temp new • #按指定的温度（0.01）计算方法，初始化原子的速度 • Velocity upper set 0.0 0.3 0.0 • #upper原子组y方向的速度为0.3 • Velocity mobile ramp vy 0.0 0.3 y 1.25 38.75 sum yes • #mobile原子的速初始度从0到0.3线性变化 • # fixes施加约束 • fix 1 all nve • #nve系综的积分算法 • fix 2 boundary setforce NULL 0.0 0.0 • #边界boundary上力条件，钢化原子，便于加载！！
MaterialsStudio案例[宝典]
![MaterialsStudio案例[宝典]](https://img.taocdn.com/s3/m/0f897fc329ea81c758f5f61fb7360b4c2e3f2a75.png)
Materials Studio 案例1：Au （111）表面自组装单层膜结构优化目的：用Materials Studio （MS ）软件对金表面自组装膜的结构进行优化。
模块：MinimizerMS Discover 结构优化原理分子的势能一般为键合（键长、键角、二面角、扭转角等）和非键合相互作用（静电作用、范德华作用等）能量项的加和，总势能是各类势能之和，如下式：总势能 = 范德华非键结势能 + 键伸缩势能 + 键角弯曲势能+ 双面角扭曲势能 + 离平面振动势能 + 库伦静电势能 + …除了一些简单的分子以外，大多数的势能是分子中一些复杂形势的势能的组合。
势能为分子中原子坐标的函数，由原子不同的坐标所得到的势能构成势能面（Potential Energy Surface ，PES ）。
势能越低，构象越稳定，在系统中出现的机率越大；反之，势能越高，构象越不稳定，在系统中出现的机率越小。
通常势能面可得到许多极小值的位置，其中对应于最低能量的点称为全局最小值（Global Energy Minimum ），相当于分子最稳定的构象。
由势能面求最低极小值的过程称为能量最小化（Energy Minimum ），其所对应的结构为最优化结构（Optimized Structure ），能量最小化过程，亦是结构优化的过程。
通过最小化算法进行结构优化时，应避免陷入局部最小值（local minimum ），也就是避免仅得到某一构象附近的相对稳定的构象，而力求得到全局最小值，即实现全局优化。
分子力学的最小化算法能较快进行能量优化，但它的局限性在于易陷入局部势阱，求得的往往是局部最小值，而要寻求全局最小值只能采用系统搜寻法或分子动力学法。
在Materials Studio 的Discover 模块中，能量最小化算法有以下四种：1）最陡下降法（Steepest Descent ），为一经典的方法，通过迭代求导，对多变量的非线性目标函数极小化，按能量梯度相反的方向对坐标添加一位移，即能量函数的负梯度方向是目标函数最陡下降的方向，所以称为最陡下降法。
material studio 中文版帮助手册
欢迎欢迎使用Materials StudioMaterials Studio是一个采用服务器/客户机模式的软件环境，它为你的PC机带来世界最先进的材料模拟和建模技术。
Materials Studio使你能够容易地创建并研究分子模型或材料结构，使用极好的制图能力来显示结果。
与其它标准PC软件整合的工具使得容易共享这些数据。
Materials Studio的服务器/客户机结构使得你的Windows NT/2000/XP，Linux和UNIX服务器可以运行复杂的计算，并把结果直接返回你的桌面。
Materials Studio采用材料模拟中领先的十分有效并广泛应用的模拟方法。
Accelry’s的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容易使用的建模环境。
卓越的建立结构和可视化能力和分析、显示科学数据的工具支持了这些技术。
无论是使用高级的运算方法，还是简单地利用Materials Studio增强你的报告或演讲，你都可以感到自己是在用的一个优秀的世界级材料科学与化学计算软件系统。
易用性与灵活性Materials Studio可以在Windows 98,Me，NT，2000和XP下运行。
用户界面符合微软标准，你可以交互控制三维图形模型、通过简单的对话框建立运算任务并分析结果，这一切对Windows用户都很熟悉。
Materials Studio的中心模块是Materials Visualizer。
它可以容易地建立和处理图形模型，包括有机无机晶体、高聚物、非晶态材料、表面和层状结构。
Materials Visualizer 也管理、显示并分析文本、图形和表格格式的数据，支持与其它字处理、电子表格和演示软件的数据交换。
Materials Studio是一个模块化的环境。
每种模块提供不同的结构确定、性质预测或模拟方法。
你可以选择符合你要求的模块与Materials Visualizer组成一个无缝的环境。
实验1：Materials_Studio软件简介及基本操作教材
《计算材料学》实验讲义实验一：Materials Studio软件简介及基本操作一、前言1. 计算材料学概述随着科学技术的不断发展，科学研究的体系越来越复杂，理论研究往往不能给出复杂体系解析表达，或者即使能够给出解析表达也常常不能求解，传统的解析推导方法已不敷应用，也就失去了对实验研究的指导意义。
反之，失去了理论指导的实验研究，也只能在原有的工作基础上，根据科研人员的经验理解、分析与判断，在各种工艺条件下反复摸索，反复实验，最终造成理论研究和实验研究相互脱节。
近年来，随着计算机科学的发展和计算机运算能力的不断提高，为复杂体系的研究提供了新的手段。
在材料学领域，随着对材料性能的要求不断的提高，材料学研究对象的空间尺度在不断变小，纳米结构、原子像已成为材料研究的内容，对功能材料甚至要研究到电子层次，仅仅依靠实验室的实验来进行材料研究已难以满足现代新材料研究和发展的要求。
然而计算机模拟技术可以根据有关的基本理论，在计算机虚拟环境下从纳观、微观、介观、宏观尺度对材料进行多层次研究，进而实现材料服役性能的改善和材料设计。
因此，计算材料学应运而生，并得到迅速发展，目前已成为与实验室实验具有同样重要地位的研究手段。
计算材料学是材料科学与计算机科学的交叉学科，是一门正在快速发展的新兴学科，是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科，是材料科学研究里的“计算机实验”。
计算材料学主要包括两个方面的内容：一方面是计算模拟，即从实验数据出发，通过建立数学模型及数值计算，模拟实际过程；另一方面是材料的计算机设计，即直接通过理论模型和计算，预测或设计材料结构与性能。
计算材料科学是材料研究领域理论研究与实验研究的桥梁，不仅为理论研究提供了新途径，而且使实验研究进入了一个新的阶段。
计算材料学的发展是与计算机科学与技术的迅猛发展密切相关的。
从前，即便使用大型计算机也极为困难的一些材料计算，如材料的量子力学计算等，现在使用微机就能够完成，可以预见，将来计算材料学必将有更加迅速的发展。