materials studio建模实例
用material studio 画晶胞及参数设置
第一种情况: 从程序自带的各种晶体及有机模型中导入体系的晶胞1．打开MS，由file>import>structures>metals\>pure-metals>Fe导入Fe的晶胞。
2．由build>Surfaces>cleave Surfaces打开对话框.在对话框中输入要建立的晶面（hkl），选择position，其中depth控制晶面层数。
3．进入build>Supercell，输入A 、B 、C的值，得到想要的超晶胞。
4．到该步骤，我们已经建立了一个周期性的超晶胞。
如果要做周期性计算，则应选择build>Crystals>buil d vaccum slab，其中真空层通常选择10埃以上。
如果建立团簇模型则选择build>Symmetry>Non-periodic Structure，去掉模型的周期性，并跟据自己的实际需要删除部分原子，得到想要的团簇模型。
5．在表面插入分子时通过菜单栏上的几个小图标添加即可。
第二种情况: 手动建模，优点是可控制晶格常数。
6．首先从文献中查到晶体的晶格常数的实验值。
7．打开build>Crystals>build crystals，可见到对话框。
在对话框中选择空间群与点群，然后在Lattice Parameter中设置晶胞基矢的长度及夹角。
8．然后打开build>Add atom，从对话框中输入坐标。
这里只需输入几个有代表性的原子的坐标，不必全部输入。
在坐标输入前首先在option页面中选择coordinate system，或者分数坐标或者卡迪尔坐标。
9．以下步骤重复2-5步。
10．需要注意的是，采取什么样的团簇并不是任意的。
原因是很多模型构造出来后在优化过程中往往不收敛。
要避免这个问题的办法是查阅文献，参考文献上模型进行选取，因为它们的模型通常是经过试验证实收敛的。
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！！
Material Studio建模
铁基块体非晶合金-纳米晶转变的动力学模拟过程Discover模块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 3-11）计算并显示原子类型：点击Edit→Atom Selection，如图所示弹出对话框，如图所示从右边的…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，如图所示弹出对话框见图，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。
图3-2 Discover Setup对话框Typing选项卡在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。
2力场的选择1）Energy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。
对系统中的每个原子，力场类型都被指定了，它描述了原子的局部环境。
力场包括描述属性的不同的信息，如平衡键长度和力场类型对之间的电子相互作用。
Materials+Studio中的建模
Nanostructure Builders: Clusters
• Constructed by cutting the specified shape out of an infinite crystal. Shape options are:
– – – – – – Simple box Sphere Cylinder Cone Frustum Tetrahedron
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Bead type editor
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• • • Create new bead types Set properties Share between projects
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Mesoscale molecule builder
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Meso Structure Builder 层状模型 真实模型
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Meso Structure Builder 管状模型 真实模型
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Meso Structure Builder 液滴状模型 真实模型
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Meso Structure Builder 棒状模型 真实模型
Materials Studio整体介绍及应用案例(高分子、含能材料、化学反应)
分享与交流单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式第一名：10000元奖学金第二三名：5000元第四五六名：2000元创腾科技特为大家提供一个快速获得和阅读文献的交流学习平台，我们将收集MS软件使用者发表的SCI英文文章的中文精炼版，并将其分类整理汇总展示在创腾科技网站上凡参与活动的您都将收到创腾科技邮寄的奖品及定期的文献投送总，展示在创腾科技网站上，提供阅读和下载功能参与方式：登陆创腾科技网站奖学金页面/service/jiang.aspx ，下载word文档，将您2010-2014发表的SCI文章的中文精炼版填入word文档，发送到prize@ 单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样式第二级第三级第四级第五级M aterials S tudio多功能多尺度分子模拟软件Copyright ©2014, Neotrident Technology Ltd. All rights reserved.创腾科技技术部许立芳2014年5月28日一、选择合适的方法和模块---什么是分子模拟主要内容单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式MS模拟软件简介二、MS的应用与新发展1、量子力学模块的应用2、大体系研究的新方法3、分子力学动力学介观模块的应用4、分析表征手段高分子、含能材料、催化反应、金属合金一、选择合适的方法和模块---什么是分子模拟主要内容单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式MS模拟软件简介二、MS的应用与新发展1、量子力学模块的应用2、大体系研究的新方法3、分子力学动力学介观模块的应用4、分析表征手段M aterials单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式金属材料无机非金属材料有机小分子高分子材料各种实验设备+ 各种分析设备材料性能S tudio传统试验vs. 虚拟试验C l 个候选物中找到新的共混材料但是由分子模拟的优点—降低时间和费用成本塞拉尼斯公司是全球领先的化工技术和特种材料公司单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式Celanese 公司需要从300个候选物中找到新的共混材料。
Materials Studio表面建模---根号
我以最常见的Fe (bcc) 体心立方结构为例：1. (100)-P(1x1)：MS给出的基矢U和V分别为(010), (001) 显然这个面上平行于yz面2. 若想切出c(√2×√2)-45 的super cell，相应的单位向量要变为A和B，如下图，根据向量变换的基础知识就可以得到：A ＝U ＋V ;B = V – U所以A = (0 1 1) ; B = ( 0 -1 1)图中同色为同一层原子。
3. 修改MS 中U 和V 分别为(0 1 1) ; ( 0 -1 1)可以看到MS给出的最小单位变为c(√2×√2)-451 的pt（111）表面为例。
以3用MS Modeling制作slab模型结构图1，打开MS modeling,建立一个项目，如test；2，右击test项目，在下拉菜单中选择import,在弹出的菜单中选择Structures/metals/pure-metals/Pt;3, 在主菜单中的Build选择surfaces/Cleave surface,4, 在弹出的菜单中处理数据（i）在surface box界面下a)你所要做的表面，如[111]; 也就是将cleave plane [h k l]修改成[1 1 1]；b) 修改深度，即将depth修改成你所需要的原子层数，如4；（ii）在options界面下将Orientation standard选项改成U矢量沿x轴方向，V在xy平面（iii）在surface Mesh的界面下修改U,V矢量。
如保持U不变，将V矢量修改成0.5 0.5 -1原因：如下图所示为Pt(1 1 1)面A则A=U+2V=（0.5 -0.5 0）+2（0 0.5 -0.5）=（0.5 0.5 -1），所以将V矢量修改为0.5 0.5 -1. 5,点击cleave,产生一个[1 1 1]的表面模型，6，在主菜单中的Build选择Crystals/Build Vaccum Slab7,在弹出的菜单中修改相应的参量，比如将真空厚度修改成14angstrom, 点击build产生一个Slab模型；8，在主菜单中的Build选择Symmetry/supercell,将单胞修改成你所需要的大小，如将A修改成2，点击Create supercell这样产生了你所要的表面在该表面，你可以非常简单的看出hcp与fcc的差别，以及top，bridge位置。
Materials studio 简单教程
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，预览后关闭窗口。
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Xi’an Jiaotong University
选择菜单栏的Build / Bonds ，打开对话框，在键和形式中勾选Monitor bonding 。然后关闭对话框。
（3）生成动画 点击 按钮，选择Bounce，然后点击
止播放。
按钮，播放动画，点击
，动画停
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Xi’an Jiaotong University
Display Style中选择Ball and stick 。点击 关闭对话框。 这样在本project 中，默认显示方式被设置为 ball and stick。
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Xi’an Jiaotong University
（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
/ Save Project保存文件，然后选择Window / Close All，关闭所有Project Explorer窗 口。 （3）创建生成物
跟前面一样，创建新的文件，取名为SN2Product.xsd，然后复制SN2reactant.xsd 的模型到该文件。
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Xi’an Jiaotong University
在SCF选项中，勾选Use smearing；在Orbital Cutoff选项中，勾选Custom，设 置Global orbital cutoff的值为5.0 Å。然后点击Assign并关闭窗口。
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Xi’an Jiaotong University
materials-studio软件介绍
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）
（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
计算实例
——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：Task
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：Windows NT/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
1.MS Visualizer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Materials Studio的其 它产品。是Materials Studio产品系列的核心模块。
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