MaterialsStudio教程
计算机材料设计materialsstudio教程
计算机材料设计materialsstudio教程1. 介绍材料科学与工程是一门跨学科领域，涉及到物理、化学、工程等多个学科的知识。
在材料研究中，计算机模拟和设计已经成为一种常见的方法。
材料Studio是一款用于材料设计和模拟的软件，广泛应用于材料科学领域。
本教程将介绍材料Studio的基本使用方法，以及在材料设计方面的应用。
2. 安装和启动在开始使用材料Studio之前，首先需要进行软件的安装。
可以通过官方全球信息湾下载安装包，根据指示进行安装。
安装完成后，双击图标启动软件。
3. 界面介绍材料Studio的界面分为多个模块，如建模模块、分子动力学模块等。
用户可以根据需要选择不同的模块进行操作。
在界面的顶部是菜单栏和工具栏，通过菜单栏可以打开新的文件、保存文件、进行模拟等操作。
在界面的中部是主要的视图区域，用户可以在这里进行模拟的展示和操作。
在界面的底部是状态栏，显示了当前软件的状态信息。
4. 材料建模材料Studio提供了丰富的建模功能，用户可以通过拖拽、旋转等操作来建立各种不同的材料模型。
在建模过程中，可以选择不同的原子结构、周期表元素等，还可以进行原子的排列和连接。
建模完成后，可以对材料进行优化，并进行力场计算等操作。
5. 分子动力学模拟分子动力学模拟是材料研究中常用的方法，可以模拟材料的微观结构和动力学行为。
材料Studio提供了强大的分子动力学模拟功能，用户可以在软件中设置模拟的参数，进行分子动力学的模拟。
在模拟过程中，可以观察材料的变化，了解材料的热力学和力学性质。
6. 导入和导出数据在材料研究中，通常需要对模拟的数据进行分析和处理。
材料Studio 可以方便地导入和导出数据，用户可以将模拟结果导出为文本文件、图像文件等格式，方便后续的数据分析。
还可以导入实验数据进行对比分析，帮助验证模拟的结果。
7. 实例分析为了更好地理解材料Studio的使用方法和应用，下面我们以某一具体材料的模拟和分析为例，进行实例分析。
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。
MaterialsStudio快速入门教程
1. 输入一个结构
File / Import，打开输入文件对话框
（注意，此对话框也可用工具栏上的输入按钮
打开）。
选择 Examples / Documents / 3D Model / TON.msi，单击 Import 按钮。
来选择相应的对象。单击
* 在TON 结构上单击选中的原子，此原子颜色改变，说明被选中。
* 单击一个键，此键的颜色改变，说明被选中。
键被
选中
原子被选中
* 按住鼠标左键，沿斜线托拽，可以选择一定区域内的所有对象，包括原子和键。
此区域的 原子和键 都被选中
* 在结构中的某个原子或键上双击鼠标可以选择整个结构。 * 在3D Viewer 上无TON 结构的地方单击或双击鼠标，则取消对象的选择。 * 需要将结构保存为project的一部分时，单击3D Viewer 的 ，再按 Yes 按钮。 * File / Save Project ，Windows / Close All
点击Modify Element 按钮 右侧的箭头，在下拉选项中选择 Nitrogen，则碳 原子变为氮原子。
在3D Viewer的任意位置点击左键，取消原子选择。
C
N
一般选中某个原子后，在Modify 菜单下的Modify Element 中选择Oxygen 或其它原子来改变原子类型。
6. 编辑键的类型
在 3D Viewer 工具栏上，单击 3D Viewer Selection Mode 按钮 。
如果 3D Viewer 工具栏
没有出现， 在View /
Materials studio 简单教程ppt课件
（3）绘制CH3F分子 点击工具栏中的 ，选择C原子 ，并绘制单个C原子，然后点击 ，自 动添加H原子，然后点击 ，并选中任 意一个H原子，选择Modify / Modify Element / Periodic Table，选择F元素。这 样就把选中的H原子换成了F原子， CH3F 分子绘制成功。点击 ，得到合理的初 始配置。
5
（4）文件重命名 选中Project Explorer 中的3D Atomistic.xsd ，2、在模其型上几单何击优鼠化标计右算键，选择Rename ， 将点名击称工改具为栏m中e的thylfluo，rid选e，择其Ca文lcu件la名tio变n，为 m在esthetyulfplu选or项id中e.x，sd。将Task由Energy设置为 Geometry Optimization ，Quality由 Medium设置为Coarse，Function保留系统 默认值： LDA 和PWC，然后点击Run。
10
（2）参数设置 将Number of frames 设置为25，勾选
Supe关闭窗口。
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选择菜单栏的Build / Bonds ，打开对 （话3框），生在成键动和画形式中勾选Monitor bonding 。点然击后关闭按对钮话，框选。择Bounce，然后点击 按钮，播放动画，点击 ，动画停止播 放。
8
4、动画演示反应过程 在菜单栏选择Window/Tile Horizontally
，把两个分子模型放在同一窗口，旋转两 个分子，使没有键结构的两个F原子一个 在左边，一个在右边。
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（1）反应物、生成物原子匹配 在菜单栏选择Tools / Reaction Preview，
Materials Studio 培训教程
Materials Studio 培训教目录Materials Studio 快速入门教程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 Visualizer 模块快速入门教程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11用第一性原理预测AlAs 的晶格参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36 CO 分子在Pd(110)表面的吸附⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯43Pd(110)面上的CO 分子电荷密度变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯55模拟CO_Pd(110)体系的STM 图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61使用DMol3 中的离域内坐标对固体进行几何优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯64 用LST/QST 搜索过渡态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯69气体在聚合体中扩散的测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯76聚合物与金属氧化物表面的相互作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯86计算共存相之间的界面张力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯96运行简单的MesoDyn 模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯99使用粉末衍射图进行分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯108指标化粉末衍射图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯117无机物的Rietveld 精修⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯125使用Reflex Plus 来解析3-氯-反-苯乙烯酸的结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133 无机化合物FIN31 的结构确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142创腾科技有限公司Neotrident Technology Limited 2Materials Studio 快速入门教程该教程将介绍Materials Studio 软件的基本功能，在这一部分，你将学到：1.生成Projects2.打开并且观察3D 文档3.绘制苯甲酰胺分子4.观察并且处理研究表格文档5.处理分子晶体：尿素6.建造Alpha 石英晶体7.建造多甲基异丁烯酸盐8.保存Project 并结束1. 生成Projects(1).运行Material Visualizer从运行菜单中运行或者在桌面点击快捷方式。
materials studio操作手册
materials studio操作手册（实用版）目录1.Materials Studio 简介2.操作手册的主要内容3.如何使用 Materials Studio 进行基本操作4.高级操作技巧与示例5.材料建模与模拟的实践应用6.常见问题与解决方案正文【1.Materials Studio 简介】Materials Studio 是一款专业的材料科学模拟软件，广泛应用于材料研究、教育等领域。
该软件集成了多种模拟方法，如第一性原理、分子动力学、蒙特卡洛模拟等，能够实现对材料的结构、性能、缺陷等方面的研究。
Materials Studio 具有用户友好的界面，支持可视化操作，使得用户可以轻松地搭建模型、设置参数、运行模拟和分析结果。
【2.操作手册的主要内容】Materials Studio 操作手册主要包括以下几个方面的内容：（1）软件安装与配置：介绍如何安装 Materials Studio 及其依赖库，以及配置环境变量等。
（2）界面与基本操作：介绍 Materials Studio 的操作界面，包括菜单栏、工具栏、状态栏等，以及如何进行文件的保存、导入、导出等基本操作。
（3）模型构建与参数设置：介绍如何添加原子、分子、晶体等模型，以及如何设置模拟参数，如温度、压力、晶格常数等。
（4）模拟运行与结果分析：介绍如何运行模拟，以及如何分析结果，如计算能量、力、电荷密度等。
（5）高级操作技巧与示例：介绍如何进行高级操作，如自定义模拟算法、编写脚本等，并提供典型示例。
（6）材料建模与模拟的应用：介绍如何应用 Materials Studio 进行材料研究，如晶体结构预测、材料性能优化等。
【3.如何使用 Materials Studio 进行基本操作】（1）打开软件：在 Windows 系统下，点击“开始”菜单，找到“Materials Studio”并双击；在 Mac 和 Linux 系统下，进入终端，输入命令并回车。
中科大-Materials-Studio-培训教程-5(包你学会)请将这一系列全看完-一定有收获。精讲
从“开始” 或快捷图 标打 开MS。
找到class3， 按“打开”按 钮
输入AlAs，这将是 新的Project的名字。
在 Project Explorer中，右击根目录AlAs，选择New | 3D Atomistic Document。
1 eV=0.036749308 Ha=23.0605 kcal/mole=96.4853 kJ/mole
CASTAP几何优化任务
CASTAP几何优化任务允许改善结构的几何，获得稳定结构 或多晶型物。通过一个迭代过程来完成这项任务，迭代过程中 调整原子坐标和晶胞参数使结构的总能量最小化。
CASTAP几何优化是基于减小计算力和应力的数量级，直到 小于规定的收敛误差。也可能给定外部应力张量来对拉应力、 压应力和切应力等作用下的体系行为模型化。在这些情况下反 复迭代内部应力张量直到 与所施加的外部应力相等。
引言 本指南介绍了CASTEP是如何使用量子力学方法来确定材料的晶体结构，使用者
将学会如何构建晶体结构，设定一个CASTEP几何优化任务，然后分析计算结果。
内容 1. 构建AlAs的晶体结构 2. 设置并进行CASTEP计算 3. 分析结果 4. 比较计算的结构参数和实验数据
(1)图示电荷密度 (2)图示态密度和带结构
CASTAP动力学任务
CASTAP动力学任务允许模拟结构中原子在计算力的影响下将如何移动。
在进行CASTAP动力学计算以前，可以选择热力学系综和相应参数，定义模拟 时间和模拟温度。
选择热力学系综
对牛顿运动定律积分允许探索体系恒值能量表面（NVE动力学）。然而，在 体系与环境进行热交换条件下发生最本质的现象。使用NVT系综（或者是确定性 的Nosé系综或者是随机性的Langevin 系综）可模拟该条件。
Materials Studio操作步骤(本人原创)
第3章铁基块体非晶合金-纳米晶转变的动力学模拟过程3.1 Discover模块动力学模拟3.1.1 原子力场的分配在使用Discover模块建立基于力场的计算中，涉及几个步骤。
主要有：选择力场、指定原子类型、计算或指定电荷、选择non-bond cutoffs。
在这些步骤中，指定原子类型和计算电荷一般是自动执行的。
然而，在某些情形下需要手动指定原子类型。
原子定型使用预定义的规则对结构中的每个原子指定原子类型。
在为特定的系统确定能量和力时，定型原子使工作者能使用正确的力场参数。
通常，原子定型由Discover使用定型引擎的基本规则来自动执行，所以不需要手动原子定型。
然而，在特殊情形下，人们不得不手动的定型原子，以确保它们被正确地设置。
图 3-1调出选择原子窗口图3-2 选择原子窗口计算并显示原子类型：点击Edit→Atom Selection，如图3-1所示。
弹出对话框，如图3-2所示。
从右边的…的元素周期表中选择Fe，再点Select，此时所建晶胞中所有Fe原子都将被选中，原子被红色线圈住即表示原子被选中。
再编辑集合，点击Edit→Edit Sets，如图3-3、3-4所示。
图3-3 编辑集合图3-4 设定新集合弹出对话框见图3-4，点击New...，给原子集合设定一个名字。
这里设置为Fe，则3D视图中会显示“Fe”字样，再分配力场：在工具栏上点击Discover按钮，从下拉列表中选择Setup，显示Discover Setup对话框，选择Typing选项卡，见图3-5。
图3-5 给原子添加力场在Forcefield types里选择相应原子力场，再点Assign（分配）按钮进行原子力场分配。
注意原子力场中的价态要与Properties Project里的原子价态（Formalcharge）一致。
3.1.2体系力场的选择点击Energy选项卡，见图3-6。
图3-6 Energy选项卡图3-7 力场下拉菜单力场的选择：力场是经典模拟计算的核心，因为它代表着结构中每种类型的原子与围绕着它的原子是如何相互作用的。
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本教程说明了怎么创建一个项目，在本章随后的其他教程中用到了所建立的项目。
1. 启动Materials Studio
从Windows“启动”菜单中选择“程序”|Accelrys MaterialsStudio 4.0|Materials Studio。
如果在桌面上有Materials Studio图标，也可以通过双击图标来启动Materials Studio。在启动Materials Studio时，首先会出现一个所谓的欢迎界面(Welcome to Materials Studio)，必须创建一个新的项目或从对话框中载入一个已经存在的项目。
为了尽可能容易的管理文档，在MS中使用项目的概念，在使用MS过程中，可以通过使用Project Explorer(项目浏览器)来查看和管理项目数据。MS系统允许你save (存储)、reload (载入)、share (共享) MS项目，并且可以向其他用户发送数据和结果，无论是以单独文档还是完整的项目都可以。
二、计算机材料设计的专家系统
计算机材料设计专家系统是指具有相当数量的材料方面的背景知识，并能运用这些知识解决材料aterials Studio(MS)中project(项目)概念
模块：Materials Visualizer
时间：
先决条件：无
介绍：
注意：如果是第一次打开Materials Studio，会看到一个叫做Materials Studio文件关联的对话框，如果出现这种情况，按照提示点击OK按钮即可。
近年来，随着固体物理、量子化学、统计力学、计算方法等相关学科的发展，以及计算机数据处理能力的空前提高，使计算机材料设计成为可能。其作用在材料研究中越来越重要，直至不可或缺。相比于传统的材料研究方法，计算机材料设计可以实现材料的“零消耗”，这在资源日益紧缺的今天显得相当重要，可以使研究成本大大降低。同时，随着计算机运算速度的日益提高，利用计算机进行材料设计的周期越来越短，效率极大地增加。计算机材料设计是以严格的理论为基础的，因此在最大程度上消除了设计计算过程中的偶然性，使结果具有较高的可信度。
1.3
计算机材料设计主要是应用计算机技术对经验规律进行归纳或者应用第一性原理进行计算(演绎)，更一般的情况是将两相互结合，互为补充。概括起来，计算机材料设计的主要途径有以下几个：
一、计算机材料设计的知识库与数据技术
材料数据库一般应包括材料的性能及重要参数的相关数据、材料成分、材料处理工艺、试验条件、材料的应用与评价等方面的内容。材料知识库则应包括材料的成分、组织结构、加工工艺与材料的性能之间的关系，以及材料工程与科学的有关理论。材料知识库的本质是计算机材料设计中的一系列数理模型，可用于定量计算或半定量描述。比较而言，材料数据库存储的是具体的数据，只能进行查询，不能进行推理或分析，而材料知识库存储的则是规则、规律等，通过数理模型的推理或运算，可以给出所需的性能数据，也可以进行成分或工艺的计算设计。利用数据库和知识库可以实现材料性能的预测或设计。
1.2
如前所述，计算机材料设计是以基础理论和计算机技术的发展为基础的，因此，其发展在很大程度上受到上述学科发展水平的限制。
在20世纪50年代初期，前苏联便开展了有关合金设计以及无机化合物的计算机预测研究。20世纪70年代美国首次应用计算机设计方法开发了镍基超合金。这一阶段可视为计算机材料设计的初始阶段。
第1章
1.1
所谓材料设计，是指通过理论上地计算来设计新型材料，并预测新材料的成分、组织结构与性能，也可以认为是一种通过理论上的计算来设计具有特定性能材料的方法。由于涉及的计算量非常大，通常需要在计算机环境下进行，因此也可称为计算机材料设计。
传统的材料研究方法属于典型的实验研究，研究对象为人们在生产、生活中以及特殊环境中使用的各种材料。研究方法一般是应用各种实验设备对材料的化学成分、组织、结构、性能进行分析。因此，传统的材料研究不仅在实验过程中要消耗大量的实验材料和能源，同时需要大量的实验设备，其中许多实验设备是非常昂贵的，比如扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、扫描透射电子显微镜(STM)等，少则上百万元(人民币)，多则上千万元，这在很大程度上限制了材料研究的发展。此外，传统的材料研究方法由于研究对象的复杂性，使其具有很大的偶然性甚至是盲目性。
与国外相比，我国在计算机材料设计方面相对落后，但对材料设计重要性的认识比较深刻，在“973计划”设立了专题研究方向，从2000年开始将材料设计作为重大基础研究项目，并且把材料计算设计的研究正式列入了计划。在国内的许多单位，如清华大学、北京大学、北京科技大学、中科院化学研究所、中科院半导体研究所、钢铁研究总院等高校和研究单位都先后设立了计算机材料设计研究方向，并招收硕士生和博士生。
到了20世纪80年代，计算机材料设计取得了重大进展。1985年，日本出版了《新材料开发与材料设计》一书，书中首次提出了“材料设计学”这一研究方向。1988年，日本科学技术厅组织功能性梯度材料的研究任务，提出将材料的设计、合成、评估这三者结合起来，按预定要求做出材料。
1989年美国出版了《90年代的材料科学与工程》研究报告，对材料的计算机分析与模型化进行了充分的论述。该报告认为，随着现代基础理论与计算机技术的进步，材料科学与工程学科的性质也在发生变化。计算机分析与模型化的发展，将使材料科学研究从定性研究阶段逐渐进入定量研究阶段。