Materials Studio 6.0 初级培训班讲义

计算机在材料科学与工程中的应用Materials Studio 6.0基础知识实验报告课程号： 113191510任课教师：学号：实验一 第一性原理计算1. 实验目的(1) 掌握第一性原理和密度泛涵的计算方法； (2) 学会使用Visualizer 的各种建模和可视化工具； (3) 熟悉CASTEP 模块的功能。

2. 实验原理CASTEP 是基于密度泛涵理论平面波赝势基础上的量子力学计算。

密度泛涵理论的基本思想是原子、分子和固体的基本物理性质可以用粒子密度函数进行描述。

可以归纳为两个基本定理：定理1：粒子数密度函数是一个决定系统基态物理性质的基本参量。

定理2：在粒子数不变的条件下能量对密度函数变分得到系统基态的能量。

不计自旋的全同费米子的哈密顿量为：H T U V =++其中动能项为：()()T d r r r ψψ+=∇∇⎰库仑作用项为：11'()(')()(')2'Ud rd r r r r r r r ψψψψ++=-⎰V 为对所有粒子均相同的局域势u(r)表示的外场影响：()()()V dru r r r ψψ+=⎰粒子数密度函数为：()()()r r r ρψψ+=ΦΦ对于给定的()r υ，能量泛函[]E ρ定义为：[]()()E dr r r T U ρυρ=+Φ+Φ⎰；[]F T U ρ=Φ+Φ系统基态的能量：'''''[]''''[][]()()[][]()()[]E T U V G EF d r r r EG G F d r r r E G ρρυρφρυρρΦ=Φ+Φ+ΦΦ==+>⎰=+=⎰3. 实验内容实验 1. 材料的电子结构计算；实验 2. 晶体材料的晶格[点阵]参数预报（要求材料体系为金属合金、化合物半导体或有机高分子材料）；4. 实验设备和仪器(1) 硬件：多台PC 机和一台高性能计算服务器。

单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版文本样式 单 此 编辑 Materials i 版 S 本样式 Studio i 第二级 多尺度多功能分子模拟软件 第三级 第四级 第五级虚拟 “实验”（分子模拟技术）C R E A T V I T Y决定依据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虚拟设计表征材料结构，以及与结构相关的性质 —— 解释 设计材料结构，以及与结构相关的性质 —— 预测Materials Studio™是整合的计算模拟平台• 可兼顾科研和教学需求 • 可在大规模机群上进行并行计算 在大规模机群上进行并行计算 • 客户端-服务器 计算方式 – Windows, Linux – 最大限度的使用已有IT资源 • 包含多种计算方法 – – – – – – – – DFT及半经验量子力学 线形标度量子力学 分子力学 QM/MM方法 介观模拟 统计方法 分析仪器模拟 …… • 全面的应用领域- 固体物理与表面化学 - 催化、分离与化学反应 - 半导体功能材料单击此处编辑母版标题样式 - 金属与合金材料- 特种陶瓷材料 特种 瓷 - 高分子与软材料单击此处编辑母版副标题样式- 纳米材料 - 材料表征与仪器分析 - 晶体与结晶 - 构效关系研究与配方设计 - ……Materials Studio™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• 多尺度，应用领域全面Materials Studio™分子力学、动力学 介观动力学 •Forcite p plus 量子力学 力学 • Gulp • MesoDyn • Castep • COMPASS • Mesocite • Dmol3 • Amorphous Cell • Onetep O t •Sorption • Qmera •VAMP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 Materials M t i l Visualizer Vi li• Reflex plus • Xcell • Polymorph Predictor • Morpholog 晶体学 • QSAR 构效关系•操作简便----方便的参数设置Menu Toolbar单击此处编辑母版标题样式 PropertyView单击此处编辑母版副标题样式Job s status usProjectMaterials Studio在科研领域的贡献从 2006 年至 2012 年，全球各地科学家使用 年 全球各地科学家使用 Materials M i l Studio S di 在顶级期刊上发表了近 7000 篇论文，包括像 Nature 、 Science 、Nature Materials、Nature Chemistry、PNAS 、Progress in Surface Science 、Small、Physical Review Letters 、Applied Physics y Letters、Phil. Trans. Royal y Soc. A、Nanotechnology gy 、ACS Nano 、J. Am. Chem. Soc.、Proc. Nat. Acad. Sci.、 Physical Review A 、Physical Review B、J. Appl. Phys. 、 单击此处编辑母版副标题样式 Journal of f Chemical C Physics 、 Chemical C Physics Letters 、 Nature Nanotechnology 、 Chemical Society Reviews 、 Nanoscale Research Letters、Nanoscale等知名期刊。

Materials-Studio培训学习教程资料MaterialsStudio 培训学习教程资料在当今科技迅速发展的时代，材料科学的研究和应用变得越来越重要。

而 MaterialsStudio 作为一款功能强大的材料模拟软件，为科研人员和工程师提供了有力的工具。

对于想要深入学习和掌握这款软件的人来说，一套系统全面的培训学习教程资料是必不可少的。

首先，我们来了解一下 MaterialsStudio 软件的基本情况。

它涵盖了众多的模块，能够对材料的结构、性能、热力学等方面进行精确的模拟和分析。

无论是在化学、物理、材料科学还是工程领域，都有着广泛的应用。

那么，一份好的 MaterialsStudio 培训学习教程资料应该包含哪些内容呢？基础知识部分是重中之重。

这包括软件的安装与配置，让学习者能够顺利地在自己的电脑上搭建起学习和工作的环境。

同时，要详细介绍软件的界面和操作流程，让初学者能够快速熟悉各个功能区域和操作按钮。

对于材料结构的建模，教程资料应当有清晰的步骤和示例。

从简单的晶体结构构建，到复杂的分子体系建模，都要逐步引导学习者掌握。

并且，要讲解如何优化模型结构，以获得更准确的计算结果。

在性能计算方面，要涵盖诸如能带结构、态密度、光学性质等重要内容。

通过实际案例，演示如何设置计算参数，解读计算结果，并分析材料的性能特点。

热力学性质的计算也是不可忽视的一部分。

比如，相图的绘制、热膨胀系数的计算等，这些内容对于研究材料的稳定性和相变过程具有重要意义。

除了理论知识和操作方法，实际案例的分析也是教程资料的关键组成部分。

通过实际的科研项目或工程应用案例，让学习者能够看到MaterialsStudio 在解决实际问题中的强大能力。

同时，也能帮助他们更好地理解和运用所学的知识。

为了让学习者更好地掌握所学内容，教程资料还应当配备相应的练习和作业。

这些练习可以是针对某个具体知识点的小题目，也可以是综合性的项目，让学习者在实践中巩固和提高。

单击此处编辑母版标题样式单M击此at处e编ri辑al母s 版S文tu本d样io式 多尺度多功第 第能二 三分级 级子模拟软件第四级 第五级虚拟 “实验”（分子模拟技术）决定依据CREA T单击此处编辑母版标题样式VIT 单击此处编辑母版副标题样式Y虚拟设计表征材料结构，以及与结构相关的性质 —— 解释 设计材料结构，以及与结构相关的性质 —— 预测Materials Studio™是整合的计算模拟平台• 可兼顾科研和教学需求 • 可在大规模机群上进行并行计算• 全面的应用领域- 固体物理与表面化学• 客户端-服务器 计算方式- 催化、分离与化学反应单击此处编辑母版标题样式 – Windows, Linux– 最大限度的使用已有IT资源 • 包含多种计算方法- 半导体功能材料 - 金属与合金材料– DFT及半经验量子力学 – 线形标度量子力学- 特种陶瓷材料– – –Q分 介M子 观/M力 模M学 拟方单法 击此处编辑母版--副纳高米分标材子题料与软样材式料– 统计方法 – 分析仪器模拟 – ……- 材料表征与仪器分析 - 晶体与结晶- 构效关系研究与配方设计- ……Materials Studio™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•多尺度，应用领域全面Materials Studio™分子力学、动力学量子力学 •Forcite plus 介观动力学• Castep• Gulp• MesoDyn• Dmol3• COMPASS • Mesocite单击此处编辑母版标题样式 • Onetep• Qmera• Amorphous Cell •Sorption•VAMPM单ate击ria此ls处Vis编ua辑liz母er 版副标题样式• Reflex plus • Xcell • Polymorph Predictor • Morpholog晶体学• QSAR 构效关系•操作简便----方便的参数设置MenuToolbar单击此处编辑母版标题样式 Property View 单Pr击ojec此t 处编辑母版副标题样式Job statusMaterials Studio在科研领域的贡献从2006年至2012年，全球各地科学家使用Materials Studio在顶级期刊上发表了近7000篇论文，包括像Nature、Science单击此处编辑母版标题样式 、Nature Materials、Nature Chemistry、PNAS 、Progress inSurface Science 、Small、Physical Review Letters 、AppliedPhysics Letters、Phil. Trans. Royal Soc. A、Nanotechnology、ACS Nano 、J. Am. Chem. Soc.、Proc. Nat. Acad. Sci.、Physical JournaloRf 单eCvhie击ewm此iAca处、l PP编hhyy辑ssiiccs母a、l 版RCehv副eimew标icaB题l 、P样Jh.ys式Aicpspl.LePthteyrss.、 、Nature Nanotechnology 、 Chemical Society Reviews 、Nanoscale Research Letters、Nanoscale等知名期刊。

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。