Materialsstudio

1、Wuhan University of Technology六、六、Materials Studio教程教程基础介绍基础介绍Wuhan University of Technology晶体结构基本知识晶体结构基本知识1. 单位晶胞单位晶胞晶体三维周期重复的最小单位，并且可以在晶胞范围包含所有的晶体对称要素对称面（滑移面）、对称中心、对称轴（螺旋轴）。2. 七大晶系七大晶系三斜晶系：轴长不等，轴角不等。包括两个点群：1，1Wuhan University of Technology晶系晶系单斜晶系：轴长不等， = = 90度， 不等于90度。包括三个点群：2，m，2/m。斜方晶系：轴长不等， =

2、 = = 90度包括三个点群：222，mm，mmm。Wuhan University of Technology晶系晶系四方晶系：a = b， = = = 90度包括七个点群：4，-4，42，4/m，4mm，-42m，4/mmm。六方晶系：a = b， = = 90度， = 120度包括七个点群：6，-6，-62m，62，6/m，6m，6/mmm。Wuhan University of Technology晶系晶系 三方晶系与六方晶系类似。三方晶系与六方晶系类似。 等轴晶系等轴晶系 = = = 90度a = b = c包括如下点群：包括如下点群：23，m (-)3，43m，4 (-)3，m (

3、-)3mWuhan University of Technology01 Materials Studio(MS)01 Materials Studio(MS)程序安装程序安装02 MS02 MS的基本功能的基本功能03 03 三维晶体结构示意图三维晶体结构示意图04 04 其他功能简介其他功能简介 Wuhan University of Technology6.1 程序安装程序安装 安装之前要做的工作安装之前要做的工作第一步，将第一步，将MS软件安装包拷贝入电脑软件安装包拷贝入电脑第二步，安装程序第二步，安装程序Wuhan University of Technology6.1 程序安装程序

4、安装 安装之前要做的工作安装之前要做的工作第一步，将第一步，将MS软件安装包拷贝入电脑软件安装包拷贝入电脑第二步，安装程序第二步，安装程序Wuhan University of Technology6.1 程序安装程序安装 安装之前要做的工作安装之前要做的工作Wuhan University of Technology6.1 程序安装程序安装 安装之前要做的工作安装之前要做的工作安装完成后，把安装完成后，把msi.lic或或msilic.lic拷贝到安装目拷贝到安装目录的子目录录的子目录./LicensePack/Licenses中中Wuhan University of Technology

5、6.1 程序安装程序安装 安装之前要做的工作安装之前要做的工作Wuhan University of Technology6.1 程序安装程序安装 安装之前要做的工作安装之前要做的工作Wuhan University of Technology6.1 程序安装程序安装Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 MS软件简介软件简介Materials StudioMaterials Studio是一个采用服务器是一个采用服务器/ /客户机模式的软客户机模式的软件环境，它为你的件环境，它为你的PCPC机带来世界最先进的材料模拟和建机带来世界最先进的材料

6、模拟和建模技术。模技术。 MS基本功能基本功能：Materials StudioMaterials Studio使你能够容易地创建并研究分子模型使你能够容易地创建并研究分子模型或材料结构，使用极好的制图能力来显示结果。与其它或材料结构，使用极好的制图能力来显示结果。与其它标准标准PCPC软件整合的工具使得容易共享这些数据。软件整合的工具使得容易共享这些数据。Materials StudioMaterials Studio的服务器的服务器/ /客户机结构使得你的客户机结构使得你的Windows NT/2000/XPWindows NT/2000/XP，LinuxLinux和和UNIXUNIX服务

7、器可以运行复服务器可以运行复杂的计算，并把结果直接返回你的桌面。杂的计算，并把结果直接返回你的桌面。Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 MS特点特点 Materials Studio采用材料模拟中领先的十分有效并广泛采用材料模拟中领先的十分有效并广泛应用的模拟方法。应用的模拟方法。多范围的软件结合成一个集量子力学、分子力学、介观多范围的软件结合成一个集量子力学、分子力学、介观模型、分析工具模拟和统计相关为一体容易使用的建模模型、分析工具模拟和统计相关为一

8、体容易使用的建模环境。卓越的建立结构和可视化能力和分析、显示科学环境。卓越的建立结构和可视化能力和分析、显示科学数据的工具支持了这些技术。数据的工具支持了这些技术。无论是使用高级的运算方法，还是简单地利用无论是使用高级的运算方法，还是简单地利用Materials Studio增强你的报告或演讲，你都可以感到自己是在用增强你的报告或演讲，你都可以感到自己是在用的一个优秀的世界级材料科学与化学计算软件系统。的一个优秀的世界级材料科学与化学计算软件系统。Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 Materials Studio的中心模块是的中心模块是M

9、aterials Visualizer。它可以。它可以容易地建立和处理图形模型，包括有机无机晶体、高聚物容易地建立和处理图形模型，包括有机无机晶体、高聚物、非晶态材料、表面和层状结构。、非晶态材料、表面和层状结构。Materials Visualizer也管也管理、显示并分析文本、图形和表格格式的数据，支持与其理、显示并分析文本、图形和表格格式的数据，支持与其它字处理、电子表格和演示软件的数据交换。它字处理、电子表格和演示软件的数据交换。 Materials Studio是一个是一个模块化模块化的环境。每种模块提供不同的环境。每种模块提供不同的结构确定、性质预测或模拟方法。你可以选择符合你要的

10、结构确定、性质预测或模拟方法。你可以选择符合你要求的模块与求的模块与Materials Visualizer组成一个无缝的环境。你也组成一个无缝的环境。你也可以把可以把Materials Visualizer作为一个单独的建模和分子图形作为一个单独的建模和分子图形的软件包来运行。的软件包来运行。模块模块Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介模块模块Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 Materials Visualizer Materials Visualizer是是Materials St

11、udio的核心模块，提供建的核心模块，提供建模、分析和可视化的工具。清晰直观的用户界面提供了高质模、分析和可视化的工具。清晰直观的用户界面提供了高质量的量的Windows标准环境，你可以添加任何其它的标准环境，你可以添加任何其它的Materials Studio模块。模块。 Materials Visualizer提供了快速直观的工具，使你能构造分提供了快速直观的工具，使你能构造分子、晶体材料、表面、界面、层结构和高聚物的图形模型。子、晶体材料、表面、界面、层结构和高聚物的图形模型。你能操纵、查看并分析这些模型。你能操纵、查看并分析这些模型。Materials Visualizer也处也处理图

12、表、表格和文本数据，提供软件基础和分析工具，以支理图表、表格和文本数据，提供软件基础和分析工具，以支持所以的持所以的Materials Studio产品。产品。模模 块块Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 Amorphous Cell 建立复杂无定型系统代表性模型并预测主要性质的建立复杂无定型系统代表性模型并预测主要性质的一套计算工具。你能预测并研究的性质包括内聚能一套计算工具。你能预测并研究的性质包括内聚能密度、状态方程行为、链堆砌和局部链运动。密度、状态方程行为、链堆砌和局部链运动。 Amorphous Cell创建结构采用的方法是基于

13、很好建创建结构采用的方法是基于很好建立的产生包含链分子的疏松无序系统包含真实平衡立的产生包含链分子的疏松无序系统包含真实平衡构象。其它的特点有建立包含小分子和高聚物任意构象。其它的特点有建立包含小分子和高聚物任意比例混合的系统、产生有序向列相中间相和无定型比例混合的系统、产生有序向列相中间相和无定型材料厚板的专门功能，这适合于创建界面模型，用材料厚板的专门功能，这适合于创建界面模型，用于研究粘着和润滑。于研究粘着和润滑。模模 块块Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 CASTEP CASTEP最先由英国剑桥大学凝聚态理论小组开最先由英国剑桥大

14、学凝聚态理论小组开发，它采用密度泛函理论模拟很大一类材料固体发，它采用密度泛函理论模拟很大一类材料固体、界面和表面的性质。、界面和表面的性质。 CASTEP基于总能量的平面波赝势理论，运用原基于总能量的平面波赝势理论，运用原子数目和种类来预测包括晶格参数、分子对称性子数目和种类来预测包括晶格参数、分子对称性、结构性质、能带结构、固态密度、电荷密度和、结构性质、能带结构、固态密度、电荷密度和波函数、光学性质。高效并行版本可以模拟包含波函数、光学性质。高效并行版本可以模拟包含数百原子的大系统。数百原子的大系统。模模 块块Wuhan University of Technology6.2 MS软件简

15、介软件简介 Reflex Reflex提供快速交互的粉末衍射数据模拟。提供快速交互的粉末衍射数据模拟。 使用使用Power Diffraction工具，模拟结构以图形显示，便于理工具，模拟结构以图形显示，便于理解。模拟结构可以直接和试验数据比较。模拟结果可以在结解。模拟结构可以直接和试验数据比较。模拟结果可以在结构改变后立即更新，以便和试验结构实时比较。可以进行构改变后立即更新，以便和试验结构实时比较。可以进行X射线、中子和电子衍射模拟。射线、中子和电子衍射模拟。 Power Index工具可以自动或手动寻峰，使用工具可以自动或手动寻峰，使用TREOR90、DICVOL91、ITO15或最新的

16、或最新的XCell程序索引并自动确定程序索引并自动确定空间群。空间群。 XCell是一个单独授权的工具，可以安装在是一个单独授权的工具，可以安装在Reflex模块中模块中。模模 块块Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 Reflex Power Refinement工具运行你修改工具运行你修改Pawley refinement和和Reitveld Refinement来最优化粉末衍来最优化粉末衍射模拟参数和晶体结构以便使模拟结果和试验结射模拟参数和晶体结构以便使模拟结果和试验结果尽可能一致。果尽可能一致。 改变诸如衍射性质、辐射种类、配置函数

17、和试样改变诸如衍射性质、辐射种类、配置函数和试样参数等变量是直接通过参数等变量是直接通过Materials Studio对话框进对话框进行的。行的。模模 块块Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 Reflex Plus Reflex Plus是是Reflex的高级版本，在标准的高级版本，在标准Reflex功能上加入了有效的粉末衍射结构分析技术。它功能上加入了有效的粉末衍射结构分析技术。它提供了从高质量粉末衍射数据中确定晶体结构的提供了从高质量粉末衍射数据中确定晶体结构的完整功能。完整功能。模模 块块Wuhan University of Te

18、chnology6.2 MS软件简介软件简介 Power Solver的方法：的方法： Reflex Power Indexing工具根据试验的粉末衍射图案索引确定晶胞参数和所属晶类。 在Reflex Power Refinement模块中的改进的Pawley程序精修晶胞参数、峰形状和背景参数，它也是减小可能所属空间群的有用工具。 Power Solve方法搜索晶胞中可能的原子分子排列。它找到模拟结构尽可能与试验结构接近的结构。 最后的结果精修由Reflex中的rigidbody Rietveld Refinement功能完成。模模 块块Wuhan University of Technolo

19、gy6.2 MS软件简介软件简介Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介Materials Studio Visualizer是符合微软标准的应用程序。它包含很多和其它微软产品相似的用户接口界面元素。其余的符合微软标准，但为Materials Studio所特有。Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 主菜单主菜单File:Commands relating to file and project operations, such as open, save, import, export, an

20、d print. Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 主菜单主菜单Edit:Commands for editing selected objects and using the clipboard.Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 主菜单主菜单View:Commands for modifying the appearance of MS Modeling.View菜单包括改变菜单包括改变Materials Studio的显示的显示外观的命令，包括工具外观的命令，包括工具条、浏览器和

21、状态栏的条、浏览器和状态栏的显示与否，工程日子和显示与否，工程日子和3D Viewer的显示参数。的显示参数。Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 主菜单主菜单View:Commands for modifying the appearance of MS Modeling.标准View菜单所以所以View菜单包括以下菜单项：菜单包括以下菜单项：Toolbars：显示所有显示所有Materials Studio的工具条列表，的工具条列表，让你可以选择每一个工具条是否可见。让你可以选择每一个工具条是否可见。Explorers：显示所有显示所有M

22、aterials Studio的浏览器列的浏览器列表，可以选择每一个浏览器是否可见。表，可以选择每一个浏览器是否可见。Status Bar：设置状态栏是否可见。设置状态栏是否可见。Project Log：显示当前工程的工程日志。显示当前工程的工程日志。Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 主菜单主菜单View:Commands for modifying the appearance of MS Modeling.三维模型文档View菜单另外，当前文档为三维模型时，另外，当前文档为三维模型时，View菜单还包括：菜单还包括：Display S

23、tyle：打开打开Display Style对话框，改变对话框，改变结构或选择的原子的显示样式。结构或选择的原子的显示样式。Display Options：打开打开Display Options对话框，对话框，可以设置显示三维结构的显示参数。可以设置显示三维结构的显示参数。Lighting：打开打开Lighting对话框，控制固体结构显对话框，控制固体结构显示时的照明方式。示时的照明方式。Label：打开打开Label对话框，建立性质标签并设置个对话框，建立性质标签并设置个性化文本标签。性化文本标签。Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 主菜

24、单主菜单Modify:Commands that affect the properties of objects in the current window.Modify菜单菜单它包括以下菜单项：它包括以下菜单项：Element Properties：打开打开Element Properties对话框，可以查看编辑元素对话框，可以查看编辑元素性质，包括显示颜色、原子半径和原子性质，包括显示颜色、原子半径和原子质量。质量。Charges：打开打开Charges对话框，可以对话框，可以计算或设置原子电荷，定义电荷基团。计算或设置原子电荷，定义电荷基团。Constraints：打开打开Edit C

25、onstraints对对话框，定义原子位置、晶格参数、相互话框，定义原子位置、晶格参数、相互距离、角度和转矩上的约束。距离、角度和转矩上的约束。Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 主菜单主菜单Modify:Commands that affect the properties of objects in the current window.Modify菜单菜单它包括以下菜单项：它包括以下菜单项：Modify Element：显示常见元素列表和元显示常见元素列表和元素周期表，你可以改变选择原子的元素种素周期表，你可以改变选择原子的元素种类。

26、类。Modify Bond Order：显示不同的原子种显示不同的原子种类，可以改变所选原子的键种类。类，可以改变所选原子的键种类。Modify Hybridization：显示一系列不同显示一系列不同氢键选项，可以改变所选原子的氢键。氢键选项，可以改变所选原子的氢键。Adjust Hydrogen：计算所选原子或整体计算所选原子或整体结构的氢原子数量和位置。结构的氢原子数量和位置。Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 主菜单主菜单Build:Commands to calculate bonds, close contacts, and h

27、ydrogen bonds and to construct polymers, crystals, surfaces, and layered structures.建立高聚物选项建立高聚物选项Homopolymer：打开打开Homopolymer对对话框，建立不同取向和立构规整度均聚物话框，建立不同取向和立构规整度均聚物链。链。Block Copolymer：打开打开Block Copolymer对话框，可以建立不同取向对话框，可以建立不同取向和立构规整度的嵌段共聚物和交替共聚物和立构规整度的嵌段共聚物和交替共聚物链。链。Random Copomer：打开打开Random Copolyme

28、r对话框，可以建立不同取向、对话框，可以建立不同取向、不同立构规整度和不同条件几率的无规共不同立构规整度和不同条件几率的无规共聚物链。聚物链。Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 主菜单主菜单Build:Commands to calculate bonds, close contacts, and hydrogen bonds and to construct polymers, crystals, surfaces, and layered structures.建立高聚物选项建立高聚物选项Dendrimer：打开打开Dendrimer对

29、话框，可对话框，可以建立树状晶。以建立树状晶。Repeat Unit：打开打开Repeat Unit对话框，对话框，包含从所选部分建立重复单元的选项。包含从所选部分建立重复单元的选项。Branch Points：打开打开Branch Pointer对对话框，可以在存在的重复单元上添加分支话框，可以在存在的重复单元上添加分支点或者修改已经定义的分子点。点或者修改已经定义的分子点。Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 主菜单主菜单Build:Commands to calculate bonds, close contacts, and hydr

30、ogen bonds and to construct polymers, crystals, surfaces, and layered structures.Crystals：显示下面创建晶体选项：显示下面创建晶体选项：Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 主菜单主菜单Build:Commands to calculate bonds, close contacts, and hydrogen bonds and to construct polymers, crystals, surfaces, and layered structur

31、es.Crystals：显示下面创建晶体选项：显示下面创建晶体选项：Build/Rebuild Crystal.：打开打开Build Crystal对话框，从它们的组成、指定对对话框，从它们的组成、指定对称性建立晶体，查看和修改晶格参数。称性建立晶体，查看和修改晶格参数。Build Vacuum Slab.：打开打开Build Vacuum Slab Crystal对话框，可以从表对话框，可以从表面创建晶体。面创建晶体。Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 主菜单主菜单Build:Commands to calculate bonds, cl

32、ose contacts, and hydrogen bonds and to construct polymers, crystals, surfaces, and layered structures.Crystals：显示下面创建晶体选项：显示下面创建晶体选项：Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介 主菜单主菜单Tools:Commands for manipulating the objects in the current windowStatistics:Commands for accessing statistical anal

33、ysis applications. Modules:Commands for accessing MS Modeling modules.Window:Commands for organizing and activating open document windows in MS Modeling.Help:Commands for accessing the MS Modeling Help system or other online information about MS Modeling.Wuhan University of Technology6.2 MS软件简介软件简介W

34、uhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立 介绍介绍 Materials Visualizer.中建立晶体的方法。中建立晶体的方法。 需要模块：需要模块：Materials Visualizer 预先知识：建立工程。预先知识：建立工程。 无机晶体的建模是另一个重要的领域，尤其对于无机晶体的建模是另一个重要的领域，尤其对于设计非均匀催化、浮石催化剂、或矿物开采。本设计非均匀催化、浮石催化剂、或矿物开采。本演示教你如何创建演示教你如何创建石英，本小节将介绍了石英，本小节将介绍了MS建立晶体的功能。建立晶体的功能。Wuhan University

35、of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立选择File | New.命令Wuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立Wuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立3D原子文档，按原子文档，按OK按钮。按钮。Wuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立工程管理器显示创建了一个3D Atomistic Document.xsd的文件。Wuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建

36、立 在文件名上右击，选择改名命令，键入新名在文件名上右击，选择改名命令，键入新名my_quartz_alphamy_quartz_alpha，按回车。选择，按回车。选择File | SaveFile | Save命令命令保存文件，或者按标准工具条上的保存按钮保存文件，或者按标准工具条上的保存按钮。你就创建了名为。你就创建了名为my_quartz_alpha.xsdmy_quartz_alpha.xsd的文件的文件。Wuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立工程管理器？工程管理器？没法改？没法改？Wuhan University of Tec

37、hnology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立工程管理器？工程管理器？没法没法别忘记了，别忘记了，view菜单菜单Wuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立Wuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立Wuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立Wuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立Wuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立W

38、uhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立Enter group 文本框内输入p3221, TAB按键Wuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立TAB按键后，如果正确将显示下一项Wuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立输入石英a 轴的晶格参数：4.910Wuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立一旦空间群输入后，b, , , 的晶格参数自动设置Wuhan University of

39、 Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立输入石英c 轴的晶格参数：5.402Wuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立输入完毕，点BuildWuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立Wuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立 现在加入现在加入Si和和O原子。由于对成形已经确定了，原子。由于对成形已经确定了，你只需加入一个你只需加入一个Si和一个和一个O原子，对称位置的原原子，对称位置的原子自动产生。子自动产生。OKWuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立Wuhan University of Technology6.3 晶体结构的建立晶体结构的建立Atoms选项页，元素列表中选择Si，键入以下a，b和c的值a = 0.480781, b = 0.480781, c = 0.0。W