各计算材料软件的优势

不同计算材料软件的模块与优势

理工院13级物理学徐飞鸿学号

日期：2015年10月29日

Materials Studio：

Materials Studio是ACCELRYS公司专门为材料科学领域研究者所涉及的一款可运行在PC上的模拟软件。它可以帮助你解决当今化学、材料工业中的一系列重要问题。支持Windows98、NT、Unix以及Linux等多种操作平台的Materials Studio使化学及材料科学的研究者们能更方便的建立三维分子模型，深入的分析有机、无机晶体、无定形材料以及聚合物。

多种先进算法的综合运用使Material Studio成为一个强有力的模拟工具。它可以进行性质预测、聚合物建模还是X射线衍射模拟，操作简单，并且得到的数据切实可靠。灵活方便的Client-Server结构还是的计算机可以在网络中任何一台装有NT、Linux或Unix操作系统的计算机上进行，从而最大限度的运用了网络资源。

ACCELRYS的软件使任何的研究者都能达到和世界一流工业研究部门相一致的材料模拟的能力。模拟的内容囊括了催化剂、聚合物、固体化学、结晶学、晶粉衍射以及材料特性等材料科学研究领域的主要课题。

模块简介：

Materials Studio采用了大家非常熟悉的Microsoft标准用户界面，允许用户通过各种控制面板直接对计算参数和计算结果进行设置和分析。目前，Material s Studio软件包括如下功能模块：

Materials Visualizer:

提供了搭建分子、晶体及高分子材料结构模型所需要的所有工具，可以操作、观察及分析结构模型，处理图表、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及支持Materials Studio的其他产品。是Materials Studio产品系列的核心模块。

Discover:

Materials Studio的分子力学计算引擎。使用多种分子力学和动力学方法，以仔细推导力场作为基础，可准确地计算出最低能量构型、分子体系的结构和动力学轨迹等。

COMPASS:

支持对凝聚态材料进行原子水平模拟的功能强大的力场。是第一个由凝聚态性质以及孤立分子的各种从头算和经验数据等参数化并经验证的从头算力场。可以在很大的温度、压力范围内精确地预测孤立体系或凝聚态体系中各种分子的结构、构象、振动以及热物理性质。

Amorphous Cell:

允许对复杂的无定型系统建立有代表性的模型，并对主要性质进行预测。通过观察系统结构和性质之间的关系，可以对分子的一些重要性质有更深入的了解，从而设计出更好的新化合物和新配方。可以研究的性质有：内聚能密度(CE D)、状态方程行为、链堆砌以及局部链运动等。

Reflex:

模拟晶体材料的X光、中子以及电子等多种粉末衍射图谱。可以帮助确定晶体的结构，解析衍射数据并用于验证计算和实验结果。模拟的图谱可以直接与实验数据比较，并能根据结构的改变进行即时的更新。包括粉末衍射指标化及结构精修等工具。

Reflex Plus:

是对Reflex的完善和补充，在Reflex标准功能基础上加入了已被广泛验证的PowderSolve技术。Reflex Plus提供了一套可以从高质量的粉末衍射数据确定晶体结构的完整工具。

Equilibria:

可计算烃类化合物单组分体系或多组分混合物的相图，溶解度作为温度、压力和浓度的函数也可同时得到，还可计算单组分体系的virial系数。适用领域包括石油及天然气加工过程(如凝析气在高压下的性质)、石油炼制(重烃相在高压下的性质)、气体处理、聚烯烃反应器(产物控制)、橡胶(作为温度和浓度的函数的不同溶剂的溶解度)。

DMol3:

独特的密度泛函(DFT)量子力学程序，是唯一的可以模拟气相、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、分子反应、分子结构等，也可预测溶解度、蒸气压、配分函数、熔解热、混合热等性质。

CASTEP:

先进的量子力学程序，广泛应用于陶瓷、半导体、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)、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)、体系的三维电荷密度及波函数等。

Materials Studio软件的优点：

1、Materials Studio是专门为材料科学领域研究者开发的一款可运行在PC 上的模拟软件。支持Windows 98、2000、NT、Unix以及Linux等多种操作平台。

2、Materials Studio软件采用灵活的Client-Server结构。其核心模块Visuali zer运行于客户端PC，支持的操作系统包括Windows 98、2000、NT;计算模块(如Discover)

3、Amorphous，Equilibria，DMol3，CASTEP等)运行于服务器端，支持的系统包括Windows 2000、NT、SGIIRIX以及Red Hat Linux。

4、投入成本低，易于推广。浮动许可(Floating License)机制允许用户将计算作业提交到网络上的任何一台服务器上，并将结果返回到客户端进行分析，从而最大限度地利用了网络资源，减少了硬件投资。

Wien2K：

用密度泛函理论（DFT）计算固体的电子结构。它基于键结构计算最准确的方案——完全势能(线性)增广平面波((L)APW)+局域轨道(lo)方法。在密度泛函中可以使用局域(自旋)密度近似(LDA)或广义梯度近似(GGA)。WIEN 2000使用全电子方案，包含相对论影响。

功能

1、计算固体特性。

2、键能和态密度，电子密度和自旋密度，X射线结构因子，Baders的“分子中的原子”概念，总能量，力，平衡结构，结构优化，分子动力学，电场梯度，异构体位移，超精细场，自旋极化(铁磁性和反铁磁性结构)，自旋-轨道耦合，X 射线发射和吸收谱，电子能量损失谱计算固体的光学特性。

3、费米表面。

4、LDA，GGA，meta-GGA，LDA+U，轨道极化。

5、中心对称和非中心对称晶格，内置230个空间群。

6、图形用户界面和用户指南。

7、友好的用户环境W2web (WIEN to WEB)可以很容易的产生和修改输入文件

8、帮助用户执行各种任务(如电子密度，态密度等。

平台：Unix / Linux。

Gaussian：

Gaussian是目前计算化学领域内最流行、应用范围最广的商业化量子化学计算程序包。Gaussian软件的出现降低了量子化学计算的门槛，使得从头计算方法可以广泛使用，从而极大地推动了其在方法学上的进展。其可执行程序可在不同型号的大型计算机，超级计算机，工作站和个人计算机上运行，并相应有不同的版本。到目前为止，Gaussian已经推出了12个版本，包括Gaussian70、Gaussia n76、Gaussian80、Gaussian82、Gaussian86、Gaussian88、Gaussian90、Gaussian 92、Gaussian92/DFT、Gaussian94、Gaussian98、Gaussian03等，其版本数字也是该版本发布的年份。其中，每个版本发布后，还陆续发布了一些这些版本的修订版。目前最新的版本是Gaussian03 Revision 。

Gaussian程序是用FORTRAN语言编写的，它从量子力学的基本原理出发，可计算能量、分子结构、分子体系的振动频率以及大量从这些基本计算方法中导