materials studio建模实例
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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。
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。
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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。
HUNAN UNIVERSITY《材料设计与计算机模拟》课程实验报告年 月 日学生姓名:学生学号:专业班级: 学院名称: 指导老师:一设计目的(1)熟悉Materials Studio操作界面(2)掌握Materials Studio的晶体结构建模操作(3)了解Materials Studio中CASTEP模块的基本知识(4)通过Materials Studio计算预测基本物性二设计设备Personal ComputerMS Modeling 5.5三设计内容1构建模型查阅参考文献,获得氯化钠的晶体结构数据,如错误!未找到引用源。
所示。
从表一可知,氯化钠结构所属空间群为Fm-3m,对应空间群编号为No. 225。
(verify)(what is:/?)在Materials Studio中构建氯化钠(Sodium chloride)模型,模型如错误!未找到引用源。
(a)所示,(b)为氯化钠结构的初基单胞(Primitive Cell)。
首先激活Build→Build Crystal,在Space Group项中选择225号空间群,在Lattice Parameters填入5.6402,应用后氯化钠结构即创建完成,通过改变3D模型的显示样式等设置使模型呈现最佳视角。
图1氯化钠晶体结构Figure1 The structure of Sodium chloride在Matrials Studio界面中,通过view→Explorer→Properties Explorer激活Properties窗口,查看构建的氯化钠模型的信息,部分信息如表2所示。
同时,注意到模型创建、计算过程中激活了Project Explorer和Job Explorer两个窗口。
表2氯化钠晶体结构数据Table 1 The structure data of Sodium chloride2结构优化2.1优化初始条件(status)type of calculation : density of statesplane wave basis set cut-off : 370.0000 eVusing functional : Perdew Burke Ernzerhof Spin= 1 of 1, K-point= 51 of 602.2优化结果表3优化后氯化钠晶体性质图1优化结果可视化电荷密度3结构计算弹性常数计算(Elastic Constants)=============================================== Elastic constants from Materials Studio: CASTEP ===============================================Summary of the calculated stresses**********************************Strain pattern: 1======================Current amplitude: 1Transformed stress tensor (GPa) :-0.576539 -0.000000 -0.000000-0.000000 -0.703165 0.041960-0.000000 0.041960 -0.703165Current amplitude: 2Transformed stress tensor (GPa) :-0.685731 -0.000000 -0.000000-0.000000 -0.728068 0.015238-0.000000 0.015238 -0.728068Current amplitude: 3Transformed stress tensor (GPa) :-0.795302 -0.000000 -0.000000-0.000000 -0.756537 -0.010879-0.000000 -0.010879 -0.756537Current amplitude: 4Transformed stress tensor (GPa) :-0.891683 -0.000000 -0.000000-0.000000 -0.776895 -0.034036-0.000000 -0.034036 -0.776895Stress corresponds to elastic coefficients (compact notation): 1 7 7 4 0 0as induced by the strain components:1 1 1 4 0 0Stress Cij value of value ofindex index stress strain1 1 -0.576539 -0.0030001 1 -0.685731 -0.0010001 1 -0.795302 0.0010001 1 -0.891683 0.003000C (gradient) : 52.750150Error on C : 1.120673Correlation coeff: 0.999549Stress intercept : -0.7373142 7 -0.703165 -0.0030002 7 -0.728068 -0.0010002 7 -0.756537 0.0010002 7 -0.776895 0.003000C (gradient) : 12.482950Error on C : 0.547309Correlation coeff: 0.998083Stress intercept : -0.7411663 7 -0.703165 -0.0030003 7 -0.728068 -0.0010003 7 -0.756537 0.0010003 7 -0.776895 0.003000C (gradient) : 12.482950Error on C : 0.547309Correlation coeff: 0.998083Stress intercept : -0.7411664 4 0.041960 -0.0030004 4 0.015238 -0.0010004 4 -0.010879 0.0010004 4 -0.034036 0.003000C (gradient) : 12.705250Error on C : 0.293880Correlation coeff: 0.999465Stress intercept : 0.003071============================Summary of elastic constants============================id i j Cij (GPa)1 1 1 52.75015 +/- 1.1214 4 4 12.70525 +/- 0.2947 1 2 12.48295 +/- 0.387=====================================Elastic Stiffness Constants Cij (GPa)=====================================52.75015 12.48295 12.48295 0.00000 0.00000 0.00000 12.48295 52.75015 12.48295 0.00000 0.00000 0.00000 12.48295 12.48295 52.75015 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 12.70525 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 12.70525 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 12.70525========================================Elastic Compliance Constants Sij (1/GPa)========================================0.0208452 -0.0039889 -0.0039889 0.0000000 0.00000000.0000000-0.0039889 0.0208452 -0.0039889 0.0000000 0.00000000.0000000-0.0039889 -0.0039889 0.0208452 0.0000000 0.00000000.00000000.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0787076 0.00000000.00000000.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.07870760.00000000.0000000 0.0000000 0.0000000 0.0000000 0.00000000.0787076Bulk modulus = 25.90535 +/- 0.454 (GPa)Compressibility = 0.03860 (1/GPa)Axis Young Modulus Poisson Ratios(GPa)X 47.97270 Exy= 0.1914 Exz= 0.1914Y 47.97270 Eyx= 0.1914 Eyz= 0.1914Z 47.97270 Ezx= 0.1914 Ezy= 0.1914====================================================Elastic constants for polycrystalline material (GPa)====================================================Voigt Reuss HillBulk modulus : 25.90535 25.90535 25.90535 Shear modulus (Lame Mu) : 15.67659 14.90494 15.29076 Lame lambda : 15.45429 15.96872 15.71151光学性质计算(Optical Properties)能级、电子态密度计算(Band Structure,Density of State)。