materialstudio个人经验.docx

1、materialstudio个人经验Materials Studio 是 Accelrys 专为材料科学领域开发的可运行于 PC 机上的新一代材料计算 软件， 可帮助研究人员解决当今化学及材料工业中的许多重要问题。 Materials Studio 软件采用 Client/Server 结构，客户端可以是 Windows 98、 2000 或 NT 系统，计算服务器可以 是本机的 Windows 2000 或 NT ，也可以是网络上的 Windows 2000 、Windows NT 、 Linux 或 UNIX 系统。使得任何的材料研究人员可以轻易获得与世界一流研究机构相一致的材料模 拟能力

2、。 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。 他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。任何一个研究者， 无论他是否是计算机方面的专家， 都能充分享用该软件所使用的高新 技术，他所生成的高质量的图片能使你的讲演和报告更引人入胜。 同时他还能处理各种不同 来源的图形、

3、文本以及数据表格。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。无论是性质 预测、聚合物建模还是 X 射线衍射模拟，我们都可以通过一些简单易学的操作来得到切实 可靠的数据。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。Materials S

4、tudio 采用了大家非常熟悉 Microsoft 标准用户界面， 它允许你通过各种控制 面板直接对计算参数和计算结构进行设置和分析。模块简介：基本环境 MS.Materials Visualizer 分子力学与分子动力学 MS.DISCOVER MS.COMPASS MS.Amorphous Cell MS.Forcite MS.Forcite Plus MS.GULP MS.EquilibriaMS.Sorption 晶体、结晶与 X 射线衍射MS.Polymorph Predictor MS.Morphology MS.X-Cell MS.ReflexMS.Reflex PlusMS.R

5、eflex QPA 量子力学MS.Dmol3 MS.CASTEP MS.NMR CASTEPMS.VAMP 高分子与介观模拟MS.SynthiaMS.BlendsMS.DPDMS.MesoDynMS.MesoPro 定量结构 -性质关系MS.QSARMS.QSAR Plus  MS.Dmol3 Descriptor 基本环境MS Visualizer PDF 文件下载提供了搭建分子、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 S

6、tudio 的其它产品。是 Materials Studio 产品系列的核心模 块。同时 Materials Visualizer 还支持多种输入、输出格式，并可将动态的轨迹文件输出成 avi 文件加入到 Office 系列产品中。 MS4.0 版本增加了纳米结构模建、分子叠合以及分子库 枚举等功能。分子力学与分子动力学MS.DISCOVER PDF 文件下载Discover 是 Materials Studio 的分子力学计算引擎。 它使用了多种成熟的分子力学和分子动 力学方法，这些方法被证明完全适应分子设计的需要。以多个经过仔细推导的力场为基础， Discover 可以准确地计算出最低能量

7、构象，并可给出不同系综下体系结构的动力学轨迹。 Discover 还为 Amorphous Cell 等产品提供了基础计算方法。 周期性边界条件的引入使得它 可以对固态体系进行研究，如晶体、非晶和溶剂化体系。另外， Discover 还提供强大的分析工具，可以对模拟结果进行分析，从而得到各类结构参数、热力学性质、力学性质、动力 学量以及振动强度。MS.COMPASS PDF 文件下载COMPASS 是 “ Condensed-phase Optimized Molecular Potential for Atomisitic SimulationStudy ”的缩写。它是一个支持对凝聚态材料进

8、行原子水平模拟的功能强大的力场。 它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验证的从头算力场。 使用这个力场可以在很大的温度、 压力范围内精确地预测出孤立体系或凝聚态体系中各种分子的 构象、振动及热物理性质。在 COMPASS 力场地最新版本中， Accelrys 加入了 45 个以上 的无机氧化物材料以及混合体系 （包括有机和无机材料的界面） 的一些参数， 使它的应用领 域最终包含了大多数材料科学研究者赶兴趣的有机和无机材料。你可以用它来研究诸如表 面、共混等非常复杂的体系。 COMPASS 力场是通过 Discover 模块来调用的。MS.Amorphous Cel

9、l PDF 文件下载Amorphous Cell 允许你对复杂的无定型体系建立有代表性的模型， 并对主要性质进行预测。 通过观察体系结构和性质的关系， 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 （CED） 、状态方程行为、链堆砌 以及局部链运动、末端距和回旋半径、 X 光或中子散射曲线、扩散系数、红外光谱和偶极相 关函数等。 Amorphous Cell 的特征还包括提供：任意共混体系的建模方法（包括小分子与 聚合物的任意混合） 、特殊的产生有序的向列型中间相以及层状无定型材料的能力（用于建 立界面模型或适应粘合剂及润滑剂研究

10、需要） 、限制性剪切模拟、研究电极化和绝缘体行为 的 Poling 法、多温循环模拟以及杂化的蒙特卡罗模拟。 Amorphous Cell 的使用需要Discover 分子力学引擎的支持。MS.Forcite PDF 文件下载 先进的经典分子力学工具，可以对分子或周期性体系进行快速的能量计算及可靠的几何优 化。包含 Universal 、 Dreiding 等被广泛使用的力场及多种电荷分配算法。支持二维体系的 能量计算。 MS4.0 版本中可以进行刚体优化，同时还加入了分析 Discover 所产生的 .arc 和.his轨迹文件的功能.MS.Forcite Plus PDF 文件下载 先进的

11、经典力学模拟工具，能够进行能量计算、几何优化、动力学模拟。可对从简单分子到 二维表面到三维周期等范围很广的结构进行上述操作。 一整套的分析工具可用来对诸如偶极 相关等复杂性质进行分析。 MS4.0 版本中可以进行刚体优化，同时还加入了分析 Discover 所产生的.arc和.his轨迹文件的功能。MS.GULPGULP 是一个基于分子力场的晶格模拟程序，可以进行几何结构和过渡态的优化，离子极 化率的预测， 以及分子动力学计算。 GULP 既可以处理分子晶体， 也可以计算离子性的材料。GULP 可以计算的性质包括：氧化物的性质，点缺陷、掺杂和空隙，表面性质，离子迁移， 分子筛和其他多孔材料的反

12、应性和结构， 陶瓷的性质，无序结构等，可应用于多相催化、燃 料电池、核废物处理、蒸气电解、气体传感器、 汽车尾气催化以及石油化工等诸多工业领域。MS.Equilibria PDF 文件下载使用独有的 NERD 力场来计算烃类化合物单组分体系或多组分混合物的气液、液液相图， 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二阶 virial 系数， 临界常数和共存曲线可以通过 Ising Scaling 分析得到。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

13、函数的不同溶剂的溶解度） 。最新的版本中可计 算的体系增加了：主要的醇类、硫化物、硫醇、氢化硫和氮气。MS. Sorption  PDF 文件下载使用 Grand Canonical Monte Carlo （GCMC） 方法预测分子在微孔材料 （如分子筛 ） 中的吸附性质，可用于吸附等温线、结合位、结合能、扩散途径及分子选择性的研究。晶体、结 晶与 X 射线衍射MS.Polymorph Predictor PDF 文件下载Polymorph 是一个算法集，目的是测定晶体的低能多晶型。此方法可以与实验衍射数据相 关联或者仅仅使用材料的化学结构来实现此目的。 晶体的多晶型可能会

14、导致不同的性质， 因 此判断哪种晶型更加稳定或者接近稳定态势非常重要的。 在处理过程中微小的改变都会导致 稳定性的大幅度变化。 Polymorph 中的相似性挑选和聚类算法允许用户将相似模型归类， 从而节省计算时间。MS.Morphology PDF 文件下载从晶体的原子结构来模拟晶体形貌。 可以预测晶体外形， 研发特殊效果的掺杂成分， 控制溶 剂和杂质的效应。MS.X-Cell PDF 文件下载已申请专利的 X-Cell 是一种全新、高效、综合、易用的指标化算法，它使用消光决定 （extinction-specific ）的二分法方法对参数空间进行详尽无遗的搜索， 最终给出可能的晶胞 参数的

15、完整清单。 在许多情况下显示出比 DICVOL 、TREOR 和 ITO 更高的成功率。 X-Cell 可以很好的处理粉末衍射指标化中的许多难点，如样品含有杂质相、峰位重叠、零点偏移、 极端形状的晶胞等。MS.Reflex PDF 文件下载模拟晶体材料的 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。 模拟的谱图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。粉末衍射指标化算法包括： TREOR90, DICVOL91, ITO andX-cell 。结构精修工具包括 Rietveld 精修和 Pawley 精修。MS.R

16、eflex Plus PDF 文件下载在 Reflex 标准功能的基础上加入已被广泛验证的 Powder Solve 技术，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。包括粉末指标化、 Pawley 精修、解结构以及 Rietveld 精修。结构的全局搜索过程可以选用 Monte Carlo 模拟退火和 Monte Carlo 并行回火两种算法之一，求解过程中同时考虑到了优先取向的影响。MS. Reflex QPA PDF 文件下载利用粉末衍射数据及 Rietveld 方法进行定量相分析的强大工具，可以通过多相样品的粉末 衍射图判定不同组成成分相对比例的。 用于化学品或医药工

17、业中有机或无机材料组成成分的 确定。量子力学MS.DM0I3 PDF文件下载独特的密度泛函（ 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的自旋极化设置，可用于计算磁性体系。 4.0 版本起还可以进行动力学计算。 MS.CASTEP PDF文件下载先进的量子力学程序，广泛应用于陶瓷、 半导

18、体以及金属等多种材料。 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、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 版本中加入了更方便的自旋极化设置，可用于计算磁性体 系。 4.0 版本起还可 以计算固体材料的红外光谱。关于 K 点1.应当使用多少个 k 网格？很难一般地回答， 只能给出一般建议。 注意：一定要检查 k 网格， 首先用较粗糙的网格计算， 接下来用精细

19、的网格计算。 通过比较两次的结果， 决定选用较粗糙的网格， 或是继续进行更 精细网格的计算， 直到达到收敛。 金属体系需要精细的网格， 绝缘体使用很少的 k 点通常就 可以。小单胞需要精细格点，大单胞很可能不需要。因此：单位晶胞内原子数很多（比如 40-60 个）的绝缘体，可能仅需要一个（移动后的） k 点。另一方面，面心立方的铝可能需 要上万个k点以获得好的DOS对于孤立原子或分子的超晶胞，仅需要在 Gammas计算。对于表面（层面）的超晶胞计算，仅需要（垂直于表面） z 方向上有 1个 k 点。甚至可以增加 晶格参数c,这样即使对精细格点，沿 z方向上也只产生一个 k点（产生k点后，不要忘

20、记 再把 c 改回）。2.当体系没有出现时间反演对称操作时,是否加入？大多数情况下的回答是“是”,只有包含自旋 - 轨道耦合的自旋极化（磁性）计算除外。这时，时间反演对称性被破坏 （+k和-k的本征值可能不同），因此决不能加入时间反演对称性。3.是否移动 k 网格？（只对某些格子类型有效）“移动” k网格意味着把所有产生的 k点增加（x,x,x），把那些位于高对称点 （或线）上的k 点移动到权重更大的一般点上。 通过这种方法 （也即众所周知的“特殊 k 点方法”） 可以产 生等密度的, k 点较少的网格。通常建议移动。只有一点注意：当对半导体的带隙感兴趣时（通常位于 Gamm，X，或BZ边界上

21、的其它点），使用移动的网格将不会得到这些高对称性 的点,因此得到的带隙和预期结果相比或大或小。这个问题的解决：用移动的网格做 SCF 循环，但对DOS计算，改用精细的未移动网格。关于 k 空间布点的问题，建议参阅以下文献 Phys.Rev.B 49,16223 (1994)如何构建缺陷晶体结构晶体结构改成P1，然后去掉想抹去的原子就可以了在 ms 中如何做空穴 对于金属缺陷，是直接剪切一个原子？个人经验：就是直接把原子去掉就OK; 如果不是正版软件， 有可能出现同时去掉其他同位置的原子，如果这种情况，就重新定义，问题就不会出现了还有，一般考虑孔穴的时候， 都要标明哪些原子的迟豫， 具体为什么不

22、知道， 国外的文献有提到 希望有做空位的一起多 讨论.我 Q:183876402PDOS 选项计算DOS时，选择PDOS，可以画出s,p,d轨道的DOS，但无法画出某一个原子的 s,p,d图关于 PDOS 的 Chart 中求积分的问题在用Castep计算出PDOS后,如何在Chart中对曲线局部进行积分 ?将 Chart输出为cav格式, 然后在 excel 中求和 ?简单，把数据导出，在 Origin 里作图，程序里有积分微分卷积功能，在数据分析下面。作 图时选取积分范围。优化结构 算能带一般需要优化结构。如果选择实验的参数，全部固定的话就不需要了 如何做二维电子密度图MS 结果文件夹中

23、*.grd 文件内存储的是三维空间各点的电荷密度值， 利用这个数据就可以得 到二维的电荷密度等值线图 ,应该有专门的软件能画 ,不过用 matlab 编自己编程序也不难， 其 中关键命令是 contourslice ，实现在某一平面内绘制等高线对 DOS 图的分析根据DOS的积分曲线可以计算出， 对于表面Nb和C原子，大约有16.8%和14.8%的电子态集中在 4.02.0eV 的区域，而对体相原子则分别为 6.4%和 6.0%表面吸附我做 H 在 ZnO 上吸附。刚开始时后我构建的吸附构型忘记 impose symmetry 了，Groupname 是 P1 。在第二次计算的时候 我加上了

24、symmetry 。两次计算差别出来了： (1) 首先是 impose symmetry 后， supercell 中的原子位置由原 来的现面跑到了上面， 也就是和真空层换了一下位置！ 而且吸附原子竟然 超出了 supercell 的 白色线框！(2 )比较两次计算的 DOS, 模一样；但是两次计算的 Band Structure 却有很大差异！回答： 1)只是显示问题( 2 ) Band Structure 有很大差异是指那种差异？使用不同对称性计算能带时,默认计算 的 K 点是不同的,所以图像肯定不同。如果你确定是选择计算了同样的 K 点,能带结构仍然不同,那可能是采用对称后结构变化导致的

25、。如何计算结构中某一元素的分波态密度1.我最近看了关于氧气锌的论文,上面有锌原子的分波态密度图,可是我怎么都没算出来, 一直得到氧和锌原子的分波态密度,希望哪位大侠指教2.在计算性质选择了计算 density of state 是,对话框下面有一个口 calculate PDOS, 把它勾 选上,计算成功后,在分析就能看到总态密度和分态密度,随你选择。3.按照楼上的指导计算成功后，需要哪个原子的 PDOS,就选中哪个原子，然后在 analysis里 DOS 项前打勾, partial 项打勾,再 view 就 ok 了。有关能带分析 能带图分析 能带图的横坐标是在模型对称性基础上取的 K 点。

26、为什么要取 K 点呢？因为晶体的周期性 使得薛定谔方程的解也具有了周期性。按照对称性取 K 点,可以保证以最小的计算量获得 最全的能量特征解。能带图横坐标是 K 点,其实就是倒格空间中的几何点。其中最重要也 最简单的就是 gamma 那个点, 因为这个点在任何几何结构中都具有对称性, 所以在 castep 里,有个最简单的 K 点选择,就是那个 gamma 选项。纵坐标是能量。那么能带图应该就是 表示了研究体系中, 各个具有对称性位置的点的能量。 我们所得到的体系总能量, 应该就是 整个体系各个点能量的加和。记得氢原子的能量线吧？能带图中的能量带就像是氢原子中的每条能量线都拉宽为一个带。 通过

27、能带图,能把价带和导带看出来。在 castep 里,分析能带结构的时候给定 scissors 这 个选项某个值, 就可以加大价带和导带之间的空隙, 把绝缘体的价带和导带清楚地区分出来。DOS叫态密度，也就是体系各个状态的密度，各个能量状态的密度。从 DOS图也可以清晰地看出带隙、价带、导带的位置。要理解 DOS，需要将能带图和 DOS结合起来。分析的时候，如果选择了 full，就会把体系的总态密度显示出来，如果选择了 PDOS，就可以分别把体系的 s、 p、 d、 f 状态的态密度分别显示出来。还有一点要注意的是，如果在分析的时候 你选择了单个原子， 那么显示出来的就是这个原子的态密度。 否则

28、显示的就是整个体系原子 的态密度。要把周期性结构能量由于微扰裂分成各个能带这个概念印在脑袋里。最后还有一点，这里所有的能带图和 DOS 的讨论都是针对体系中的所有电子展开的。研究 的是体系中所有电子的能量状态。 根据量子力学假设， 由于原子核的质量远远大于电子， 因 此奥本海默假设原子核是静止不动的， 电子围绕原子核以某一概率在某个时刻出现。 我们经 常提到的总能量，就是体系电子的总能量。这些是我看书的体会，不一定准确，大家多多批评啊！tneras- (ex)如何分析第一原理的计算结果 转自：http:/wlzb .n et/phpw in d/frame/转自量化网 摘要：本文总结了对于第一

29、原理计算工作的结果分析的三个重要方面， 以及各自的若干要点用第一原理计算软件开展的工作，分析结果主要是从以下三个方面进行定性 /定量的讨论：1、 电荷密度图(charge density )；2、 能带结构(Energy Band Structure )；3、 态密度(Density of States，简称 DOS)。电荷密度图是以图的形式出现在文章中， 非常直观，因此对于一般的入门级研究人员来讲不会有任何的疑问。唯一需要注意的就是这种分析的种种衍生形式，比如差分电荷密图(def-ormati on charge den sity ) 和二次差分图( differe nee charge d

30、en sity ) 等等，加自旋极化的工作还可能有自旋极化电荷密度图( spin-polarized charge density )。所谓 差分是指原子组成体系(团簇)之后电荷的重新分布， “二次 ”是指同一个体系化学成分或者几何构 型改变之后电荷的重新分布， 因此通过这种差分图可以很直观地看出体系中个原子的成键情 况。通过电荷聚集( accumulation )/损失( depletion )的具体空间分布，看成键的极性强 弱；通过某格点附近的电荷分布形状判断成键的轨道(这个主要是对 d 轨道的分析，对于 s或者 p 轨道的形状分析我还没有见过) 。分析总电荷密度图的方法类似，不过相对而言

31、，这 种图所携带的信息量较小。能带结构分析现在在各个领域的第一原理计算工作中用得非常普遍了。 但是因为能带这个概 念本身的抽象性， 对于能带的分析是让初学者最感头痛的地方。 关于能带理论本身， 我在这 篇文章中不想涉及， 这里只考虑已得到的能带， 如何能从里面看出有用的信息。 首先当然可 以看出这个体系是金属、 半导体还是绝缘体。 判断的标准是看费米能级和导带 (也即在高对 称点附近近似成开口向上的抛物线形状的能带)是否相交，若相交，则为金属，否则为半导 体或者绝缘体。 对于本征半导体， 还可以看出是直接能隙还是间接能隙： 如果导带的最低点 和价带的最高点在同一个 k 点处，则为直接能隙，否则

32、为间接能隙。 在具体工作中， 情况要 复杂得多， 而且各种领域中感兴趣的方面彼此相差很大， 分析不可能像上述分析一样直观和 普适。不过仍然可以总结出一些经验性的规律来。主要有以下几点：1)因为目前的计算大多采用超单胞( supercell )的形式，在一个单胞里有几十个原子以及 上百个电子， 所以得到的能带图往往在远低于费米能级处非常平坦， 也非常密集。 原则上讲， 这个区域的能带并不具备多大的解说 / 阅读价值。因此，不要被这种现象吓住，一般的工作 中，我们主要关心的还是费米能级附近的能带形状。2)能带的宽窄在能带的分析中占据很重要的位置。 能带越宽， 也即在能带图中的起伏越大， 说明处于这个带中的电子有效质量越小、 非局域( non-local )的程度越大、 组成这条能带的 原子轨道扩展性越强。 如果形状近似于抛物线形状， 一般而言会被冠以类 sp 带( sp-like band