Materials Studio 2017 免费版 附安装教程

Materials Studio 2017是美国biovia公司打造的一款模拟软件，此版本为目前的最新版本，新版本在计算精度上增加了多种功能，采用了世界领先的模拟计算思想和方法，加入多种实用模块，使用更方便。兼容几乎windows所有操作系统，支持32位和64位，需要的朋友赶快来尝鲜吧！

Materials Studio 2017介绍

Materials Studio 2017融合多种模拟方法，整合多达23个功能模块，实现从电子结构解析到宏观性能预测的全尺度科学研究，能使任何研究者达到与世界一流研究部门相一致的材料模拟的能力，其模拟的内容包括了催化剂、聚合物、固体及表面、晶体与衍射、化学反应等材料和化学研究领域的主要课题。

Materials Studio 2017使用教程

利用materials studio建立晶体模型

1、启动materials studio时会提示：create a new project or open an existing project 在这里选择

create a new project，然后会出现的窗口选择new project保存的目录和名称，如果不清楚，这里

都选择默认即可。

2、在project窗口内，untitled右键new/3D atomistic Document.xsd，以建立保存材料结构模型的

文件，在所打开的文件窗口可以建立、编辑所建立的各种模型这是所有计算的前提;

3、然后在菜单栏build/crystals/build crystal

4、出现的build crystal窗口中有三个标签，第一个是选择晶体所在的空间群space group，以Ti3SiC2晶体

为例空间群为P63/mmc，可以通过下拉菜单找到这个群，也可以直接输入这个空间群的编号194，在第

二个标签lattice parameters中填写晶格常数，由于是立方晶系只需填一个length a和c;完成后选择build

将回到原3D窗口将看到一个晶格框架;

5、通过工具栏或者build/add atom 出现添加原子窗口，首先添加Ti1，坐标a、b、c为0，再添加Si原子a、b、c坐标为(0，0，0.25)，再依次添加Ti2(0.333，0.666，0.142)和C(0.666，0.333，0.070)原子(这里是大概的位置，更准确的位置可通过优化晶体几何结构得到)，晶体就建立起来了 。

6、在3D模型文件窗口右键出现的菜单选择display style窗口选择显示模式，选择CPK

7、这时候的晶体模型中原胞外也存在原子，可通过Build/crystal/rebuild crystal 按rebuild即可去除。

8、可右击选label，在label选项框右边选中ElementSymbol，然后按Apply，即可在原子上显示原子符号。

7、完成后晶体模型为

说明：在建立模型输入原子坐标是只输入不同原子的一个坐标，这里的不同包括种类不同和位置不同，之所以只需输入一个是因为先选择了空间群，在空间群的限制下，与该坐标相对应的对称位置都被添加上原子。晶体空间群可以通过http://icsd.ill.fr/icsd/ 查询，不过只有部分是免费的，也可以百度或谷歌;也可以通过PDF(Powder Diffraction File)卡片查询晶体结构的信息。

Materials Studio 2017安装教程

Materials Studio 2017新功能：

■ 加入研究化学反应动力学的新模块Cantera

■ CASTEP计算Raman光谱的效率大幅提升

■ CASTEP中支持自定义构建新的交换相关泛函

■ CASTEP中OTFG Norm-conserving 赝势覆盖镧系锕系元素，提高稀土、重金属元素及相关体系的结构和性质计算精度

■ CASTEP支持硬度计算功能

■ CASTEP支持计算电子顺磁共振(EPR)的g-tensor

■ DMol3新增泛函Hartree-Fock

■ DMol3支持硬度计算功能

■ DFTB+添加多个新的slater-koster库文件

■ DFTB+支持计算力学性质，得到弹性常数矩阵、体模量，剪切模量，杨氏模量等力学性质

■ ONETEP增加了隐性溶剂化模型，高效计算大体系在溶液环境下的结构和性质

■ GULP增加适合研究锂电池的新力场ReaxFF Li

■ Visualizer中快速调整结构的功能按钮clean，扩展至周期性结构

■ MS2017 R2结合Pipeline Pliot可直接计算合金的与温度相关的力学性质;合金的热导聚合物的玻璃化转变温度;聚合物的交联结构;聚合物的机械性质;

• Materials Visualizer：

Materials visualizer 是Materials Studio 的图形化界面，也是整个平台的核心，可用于：

• 搭建、调整各类三维可视的结构模型，包括晶体、小分子、聚合物、 纳米材料、团簇、表界面、各种缺陷结构以及电极模型7.0;

• 提供模块参数设置、结果分析的视窗界面;提供结构文件、参数文件以及结果文件的管理界面;提供计算进程的监控界面;

• 对模拟结果进行各种分析，可与结构模型相结合进行数据的二维、 三维显示，可以给出数据的图表，可以对特定的结果进行动画演 示或给出矢量图;

同时Visualizer支持多种结构、图形、文本文件格式的输入和输出; 支持不同功能模块间结构数据的共享;提供Perl 语言环境，以及脚本编写;

模块介绍

Materials Studio 中的量子力学模块：

CASTEP

CASTEP 是由剑桥凝聚态理论研究组开发的一款基于密度泛函理论的先进量子力学程序。程序采用平面波函数描述价电子，利用赝势替代内层电子，因此也被称为平面波赝势方法。适于解决固体物理，材料科学、化学以及化工等领域中的各类问题。目前，CASTEP 已经在材料研究的诸多领域获得了广泛而成功的应用，每年都有数百篇文章在各类顶级学术刊物上发表。所涉及的研究对象包括半导体、陶瓷、金属、分子筛等各类晶体材料，以及掺杂、位错、界面、表面等各种缺陷结构。

DMol³

DMol3 是由Bernard Delley 教授发布的一款基于密度泛函理论的先进量子力学程序，它采用原子轨道线性组合的方法描述体系的电子状态，因此也被称为原子轨道线性组合方法。DMol3 有别于其它方法的最重要特点是采用数值函数描述原子轨道，这一做法兼顾了计算精度和效率， 使得DMol3 成为一款高效实用的量子力学程序。除了预测材料的电子学、光学、热力学性能外，它还能够细致地研究气相、溶液、表面及其它固态环境中的化学反应适合解决化学、化工、生物、材料、物理等领域中的各类问题，尤其是化学反应机理及催化剂设计的问题。每年都有数百篇应用DMol3 的文章在各类顶级学术刊物上发表。研究对象涉及晶体材料、有机分子、团簇、纳米和多孔材料、生物分子等各种周期性及非周期性体系。

QMERA

QMERA 是一款将量子力学方法的精确性与经典模拟方法的高效性有机结合的程序，也被称为量子力学(Quantum Mechanics) 与分子力学(Molecular Mechanics) 的杂化方法。在利用QMERA 进行模拟计算的过程中，需要在所研究体系中划分出量子力学和分子力学区域( 其中量子力学区域往往是研究中的核心和兴趣所在，譬如非均相催化中的活性位点区域)，然后分别调用量子力学方法中的 DMol3 模块和经典模拟方法中的GULP 模块进行处理。QMERA 提供了多种方式解决两个区域间的耦合问题。它可研究包含上千个原子的体系，在充分考虑周围原子影响的条件下，得到其核心部分的电子结构、可能的化学反应机理、紫外可见光谱、红外光谱等信息。这一方法在非均相催化、表界面吸附、聚合物间的相互作用、生物分子活性的研究中相比于传统量化方法更具优势。

ONETEP( 线性标度方法 )

ONETEP 是由剑桥凝聚态理论研究组开发的一款专门针对大体系(>500 原子) 研究的量子力学程序。其关键技术是采用非正交的广义万尼尔(Wannier) 函数替代平面波函数进行计算，并采用FFT box 技术和处理电荷密度的Density kernel 稀疏矩阵方法，使模拟计算的时间与体系的大小成线性关系。因此， ONETEP 也被称为线性标度的量子力学方法。其应用范围主要包括表面化学、大分子体系( 蛋白质、DNA、抗体) 及其它复合材料、纳米材料以及半导体、陶瓷材料缺陷等。

Materials Studio 中的半经验量子力学模块：

•DFTB+( 紧束缚近似方法)

DFTB+ 是一款融合了密度泛函方法(DFT) 准确性和紧束缚方法(TB) 高效性的半经验量子力学程序，其中所采用的原子轨道波函数和原子核间相互作用势均基于DMol3 的结果拟合得到。DFTB+ 可以对数千个原子体系进行模拟研究，为解决电子、催化、化工等领域中各种复杂体系及复杂过程的相关问题提供一种新的模拟方法。对于传统量化模块遇到的，如反应动力学过程等需要花费研究者大量时间和计算资源的问题，DFTB+ 有其独有的优势。所涉及的研究对象包括有机分子、团簇、绝缘体、半导体、金属，甚至是生物大分子等各类非周期性和周期性体系。

• VAMP( 原子轨道线性组合方法)

VAMP 是一款基于原子轨道线性组合方法的半经验量子力学程序。它通过忽略部分不太重要的原子轨道重叠积分或者用经验参数( 基于实验数据拟合得到) 替代部分轨道重叠积分的方式简化计算。具体的方式包括NDDO 和ZINDO，以及在两者基础上演化而来的MNDO、MNDO/C、MNDO/d、AM1、AM1*5.0、PM3、PM64.4、CNDO 以及INDO。各种方式在简化的积分类型、适用的元素范围、适用的性质计算上都有一定的区别，可根据需要进行选择。VAMP 主要是对有机和无机分子体系进行模拟计算，它可以快速计算分子的多种物理和化学性质。

常见问题解答

问：材料基因组项目中分子模拟能做什么？

答： 科学家想通过Materials Genome Initiative(MGI)项目，找出元素间的相互作用对材料的种类和性质带来的广泛影响，以这些知识为基础，希望以更短的周期为不同应用“定制”相应材料。已经促成的来自麻省理工学院的以研究电池为主的Materials Project项目和哈佛的以清洁能源为主的Clean Energy Project计划。二者均利用密度泛函理论(Density Functional Theory)收集巨型数据库来预测模拟物质的实际属性。

[Materials Studio软件中以DFT为基础的模块包括CASTEP、DMol3、DFTB+、ONETEP、QMERA，必将助力国内材料基因组项目的研究]

问： Materials Studio 在金属领域能做哪些方面的模拟工作？

答： (1)搭建纯金属、合金、掺杂模型、位错、层错、孪晶、金属纳米颗粒结构

(2)合金配方设计和结构性质研究如：力学性质研究包括体弹性模量、杨氏模量泊松比;拉伸模拟研究得到抗拉强度;塑性变形(层错和孪晶);热力学性质;扩散迁移

(3)金属体系常压、高压结构的解析和预测;相变

(4)非晶合金，金属玻璃等非晶固体的形成机制;金属液体的结构与性质

(5)金属的腐蚀与防护

(6)金属(包括碱金属)体材料和薄膜材料的磁性研究;结构无序对磁性的影响

(7)金属纳米颗粒催化反应

主要相关模块： Visualizer、CASTEP、 DMol3、DFTB+、GULP、Reflex(plus)

问： Materials Studio在非金属领域能做哪些方面的模拟工作？

答： (1)搭建半导体晶体、缺陷、表界面、纳米材料颗粒结构

(2)半导体如钛酸钡、氧化钛、氧化锌、等过渡金属元素氧化物材料的掺杂缺陷结构的缺陷态、缺陷形成能、电子结构

(3)稀土发光材料等光学材料的光学性质及发光机理研究

(4)电池材料如锂电池的设计，筛选可提高电池性能的掺杂元素;离子在电池中的扩散和迁移能垒

(5)新型多孔材料的结构设计和确认;气体分离;吸附等温线

(6)新型碳材料结构设计及性质研究

(7)硬材料如氧化硅、氧化铝、碳化硅、氮化硼的力学性质、电子结构、相变、相变路径、相变机制研究

(8)磁性材料如铁氧体的磁学性质研究

应用领域

• 金属材料研究

• 无机非金属材料研究

• 纳米材料研究

• 高分子及其复合材料研究

• 表界面研究

• 化学反应研究

• 含能材料研究

• 生物、医药研究

• 在晶体结构、形貌研究中的应用

• QSAR 的应用

• Perl 语言的应用