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Materials Studio 7.0 新版本发布
来源：创腾科技有限公司 时间：
请点击&&【Materials studio 7.0版本新功能发布会邀请函】
【Materials Studio 7.0 新版本PDF资料】
Materials Studio7.0是Materials Studio软件的最新版本。作为全球最大的分子模拟软件提供商Accelrys公司关于材料结构设计模拟及性质计算的唯一工具软件&Materials Studio集成了目前分子模拟领域的各种先进方法和优异的建模及可视化性质分析工具。基于最新的7.0版本，研究人员可以更高效精确的对几乎所有种类的材料进行模拟，包括半导体、金属及合金、陶瓷、催化剂、高分子及其复合材料、电池和燃料电池、各种纳米材料和药物等等。
MS 7.0的主要优越性
& DMol3模块的计算效率相较于MS 6.1获得了引人注目的大幅提升；
& DFTB+支持基于非平衡格林函数法(NEGF)计算电子输运性能，输出包括透射函数、伏安曲线、电荷密度等数据；
& Forcite plus支持分子在溶液及聚合物中的溶解自由能计算；
& 新增COMPASS II力场添加对离子液体的支持，强化对聚合物和杂环体系的计算精度；
& CASTEP支持NEB的方法进行过渡态确认；
& Amorphous Cell构建大体系的效率相对于旧版本有大幅提高；
& Visualizer新增用于电子输运性能计算的电极模型搭建功能;
& 支持在模块操作面板中直接生成相应脚本，进一步提升脚本编辑、使用效率。
MS7.0各模块的新特性&&量子力学模块
& 计算效率大幅提升：改进了多核计算机的并行效率，和使用内存和硬盘访问的控制，带来计算效率的显著提升(图1，表1以及表2)；
图1. DMol3计算所用FAU传统晶胞 (576 个原子)
Wall clock time (s)
# of SCF Steps
Total Energy (Ha)
表1 MS6.1和7.0 中DMol3计算FAU单点能的结果比较
AMD Opteron(TM) Processor MHz
Red Hat Enterprise Linux Server release 6.3
Processors
Gamma point only
Restricted
Orbital cutoff
Functional
Core treatment
All Electron
表 2 测试计算的软硬件条件
& 有机分子计算性能提升：提升了有机分子单胞优化的性能，缩短迭代的次数和运行时间；
& 机械性能：支持直接在DMol3计算任务中选择计算Elastic Constants，得到弹性常数矩阵以及体弹性模量、泊松比等表征材料机械性能；
& 收敛：对于收敛困难的体系，使用 &density pre-conditioner&改进了自洽场的收敛；
& 色散修正DFT-D：通过允许编辑现有的参数，添加新的元素，并增加了交换－相关泛函的覆盖范围，扩大色散修正的适用性，提高对于弱相互作用的计算精度；
& COSMO模型可视化：溶剂化表面可以使用定义溶剂化表面的等值面或者网格点方式进行可视化(图2)；
图2. COSMO的可视化
& 直接读取带隙、价带顶、导带底：带隙、价带边、导带边的数值的形式显示在计算结果文件中。
DFTB+可以对数千个原子体系进行模拟研究，为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。7.0版本中DFTB+更新包括：
& 输运性质：新的电子输运计算功能可预测电子器件的量子输运性质，如伏安特性曲线、电荷密度以及透射函数等(图3)；
图3. (a)具有量子点的纳米带结构模型；(b)电势图反映H原子具有正的电势，边缘C原子的电势为负，中心C原子电势接近零；(c)透射谱
& 跨节点并行：支持MPI跨界点并行，从而使大体系计算效率明显提升;
& 振动频率：支持振动频率计算；
& 电场：模拟分子或者表面结构在施加电场（点电荷电场及匀强电场）后结构和性质的变化；
& PDOS（偏态密度）：分析体系中的指定原子的偏态密度（PDOS）；
& 新的控压函数Souza-Martins：动力学模拟中加入可控制各向异性加压的控压函数Souza-Martins。
& 过渡态确认：添加TS Confirmation功能，采用NEB（Nudged Elastic Band）方法，加强对于反应路径和反应机理的理解(图4)；
图4 Cu晶体中空穴的扩散迁移能垒：CASTEP计算结果0.74eV，实验测试值0.71eV
& 电场：模拟分子或者表面结构在施加电场后结构和性质的变化；
& 色散修正DFT-D：通过允许编辑现有的参数，添加新的元素，并增加了交换－相关泛函的覆盖范围，扩大色散修正的适用性，提高对于弱相互作用的计算精度。同时在计算中使用的色散修正参数会记录在txt文件中；
& TDDFT：支持计算电子激发能，以及对特定激发态下的分子结构进行优化。
& 光吸收谱：添加了光谱计算功能，使大体系（&500原子）的光学性质计算成为可能；
& DZP基组：添加了使用固定基组进行结构优化计算的新方法DZP，此方法能加速高精度参数设置条件下的计算效率；
& 交换相关函数：引入包含范德瓦尔斯修正的函数optB88，vdW-DF，vdW-DF(2)，optPBE以及vdW-DFK。
MS7.0各模块的新特性&&分子力学/动力学模块
Forcite Plus
& 非键相互作用：引入Particle-Particle-Particle Mesh(PPPM) Ewald 非键方法处理静电相互作用。PPPM方法使用离散傅里叶变换来计算Ewald加和的倒易空间部分，可以提高大体系Ewald加和的速度，从而提高处理大规模带电体系时的计算效率；
& 新的控压函数Souza-Martins：动力学模拟中加入可控制各向异性加压的控压函数Souza-Martins。使用Souza-Martins方法计算应力-应变曲线的脚本StressStrain.pl包含在案例库中，导入后可以通过菜单直接调用；
& 溶解自由能：支持计算分子在溶剂和聚合物中的溶解自由能；
& Long Range Correction：
长程尾部修正方法被添加到范德华作用中，提高处理非键相互作用的精度(表3)。范德华非键相互作用的默认选项从Ewald更改为Atom based；
茚甲新药物体系
密度（g/cm3）
未引入校正
表3 相同条件下的动力学结果，Long range correction的添加有效提高范德华力处理精度
& 受力下的分子运动：允许对体系内原子施加恒定外力(图5)。
图 5. 对(10,0)纳米管中部分原子，未添加拉力(a)和添加拉力(500 kcal/mol/&A)(b)的动力学模拟结果
COMPASS II力场
& 新增COMPASS II力场添加对离子液体的支持，强化对聚合物和杂环体系的计算精度。
& 热导计算：支持对材料热导率进行计算。
Amorphous Cell
& 大体系，高效率：建模过程中提高了内存的使用率，大幅提升大体系的构建效率(图6)。
图6 构建包含20900个原子数的体系，MS7.0用时27min，MS6.1用时290min
MS7.0各模块的新特性&&介观动力学模块
& 新的控压函数Souza-Martins：动力学模拟中加入可控制各向异性加压的控压函数Souza-Martins；
& 非键相互作用：引入Particle-Particle-Particle Mesh(PPPM) Ewald 非键方法处理静电相互作用。PPPM方法使用离散傅里叶变换来计算Ewald加和的倒易空间部分，可以提高大体系Ewald加和的速度，从而提高处理大规模带电体系时的计算效率；
& 受力下的珠子运动：允许对体系内珠子施加恒定外力。
MS7.0各模块的新特性&&Visualizer
& 电极建模工具：添加了能够基于分子和周期性体系搭建电极的建模工具；进而能够进一步搭建用于电子输运计算的输运设备模型(图7)；
图7. 构建的电子输运设备模型
& 快捷脚本编辑：Visualizer中可以直接使用计算设置面板和建模工具栏自动生成脚本命令；
& 新的测量工具：允许分析一个分子到面的距离，增强了对表面吸附研究的理解。新增两个平面之间的角度测量（0-90&）；
& 高低版本兼容性增强式：文件（.xsd、.xtd、.std）可以以5.0、5.5、6.0、6.1版本的格式输出，增强了不同版本之间的共享性和兼容性；
& 与Pipeline Pilot兼容：文件（.xsd、.xtd、.std）可以提交到旧版本的Pipeline Pilot服务器进行计算；一个文件夹中的所有文件都可以传到Pipeline Pilot服务器作为一个Protocol需要的输入文件类型；
& 电荷分配：在不计算单点能的情况下，可以完成电荷的分配；
& 文本压缩：当将任务提交到远程服务器时，文本文件被压缩，以减少客户端和服务器之间的传输时间；
& 任务状态刷新：在Job Explorer中添加了刷新功能；
& 在线帮助文件：通过一个基于web的帮助系统的集成提高了在线帮助的可用性；
& 图形显示质量：提高了球棍模型在浅色背景上显示的质量。
获取更多关于 Materials Studio的信息，请进入/materials-studio
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&&8:00-11:30,13:00-17:00(工作日)Materials Studio建模操作详细步骤(本人原创)-五星文库
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Materials Studio建模操作详细步骤(本人原创)
导读：第2章MaterialsStudio建模，2.1界面常用操作，关于文件和工程操作，文件操作，3D结构视图可能通过使用3DViewer工具栏上的按钮用不同的方法进行操作，通过鼠标的托拽操作可以选择一定区域内的所有对象，操作工具，第2章MaterialsStudio建模2.1界面常用操作2.1.1MaterialsStudio的启动从Windows“启动”菜单中选择“程序”AccelrysMate
第2章 Materials Studio建模
2.1界面常用操作
2.1.1 Materials Studio的启动
从Windows“启动”菜单中选择“程序”Accelrys Materials Studio 4.0| Materials Studio。如果在桌面上有Materials Studio图标，也可以通过双击图标来启动Materials Studio。在启动Materials Studio时，首先会出现一个所谓的欢迎界面（Welcome to Materials Studio），必须创建一个新的项目或从对话框中载入一个已经存在的项目。
注意：如果是第一次打开Materials Studio，会看到一个叫做Materials Studio文件关联的对话框，如果出现这种情况，按照提示点击OK按钮即可。
2.1.2 创建项目
在欢迎界面对话框上选择创建一个新的项目，然后点击OK。然后会出现新建项目对话框，选择要存储文件的位置并且键入“tiejifeijinghejin”作为文件名，然后点击OK。此时的项目管理器如图2-1所示：
图2-1 Project 界面
Materials Studio对中文支持不好，命名时最好用英文字母，可以右击点Rename，进行重命名。
2.1.3 输出图像
可以将3D Atomistic文件显示的图像作为位图输出，输出的图像可以包含到其它文件中。位图图像被存储为.bmp
格式，可以使用简单的位图编辑器比如
Windows的画图进行编辑。从菜单栏中选择File | Export...显示Export对话框。点击Export as type文本框右侧的选项箭头，从下拉列表中选择Structure Bitmap （*.bmp）。一旦选择了位图格式，Options...按钮就被激活了。点击Options...按钮以显示Bitmap Export Options对话框。可以调节对话框中的位图图像的像素尺寸以适合相关需求。
2.1.4 自动保存
Materials Studio具有自动保存功能，它可以在工作期间，以一定的时间间隔将项目中文档的变化写入硬盘中。如果希望在工作期间执行自动保存功能，则应该确保该功能是被打开的，如果有必要可以调整自动保存的时间间隔。从Materials Studio菜单栏上选择Tools | Options...，显示出选项对话框。在General选项卡上，确保Enable AutoSave检查框被选中，自动保存时间间隔设成10分钟。如果在保存工作之前，Materials Studio程序意外地结束了，比如断电或程序错误，在重新启动程序之后，则可恢复当前项目自动保存的最新的版本。
注意：恢复文件选项只出现一次，如果拒绝恢复自动保存的文件，那么在硬盘上的自动保存文件将被删除。还可以通过在选项对话框的Folder Locations选项卡中指定的位置来手动恢复自动保存文件。选择选项对话框的Locations选项卡，检查AutoSave目录的默认位置，点击OK，关闭对话框。
2.1.5 界面介绍
1）File：文件。关于文件和工程操作，比如打开，保存，输入，输出和打印。
2）Edit：编辑。编辑所选的物体和使用剪贴板。
3）View：视图。修改MS模型的外观。
4）Modify：修改。修改当前窗口物体性能。
5）Build：建立。计算键的相关性质，关闭键之间的链接，氢键以及创建聚合物，晶体，表面和层状结构。
6）Tools：工具。控制当前窗口的物体。
7）Statistics：使用静态分析程序。
8）Module：模块。使用MS模型模块。
9）Window：窗口。在MS模型中组织和激活打开的文件窗口。
10）Help：使用MS模型帮助系统或者其他关于MS模型的网络信息。
2、工具栏：
1）Standard：标准。文件操作。
2）3D Viewer:3D视图模式和视图控制工具。3D结构视图可能通过使用3D Viewer工具栏上的按钮用不同的方法进行操作。
选择不同类型的对象：在3D视图工具栏上，选择3D Viewer Selection Mode 按钮，然后在所建结构中通过单击选择一个单一的原子。原子变成了黄色表明它已经被选择了。通过鼠标的托拽操作可以选择一定区域内的所有对象，包括原子和键。在结构中的某个原子或键上双击鼠标可以选择整个结构。同时按住SHIFT和ALT键，右键点击并向左拖动。
Rotate：旋转结构视图。等同于按Shift+鼠标右键+鼠标中键，再松开中键，即可随着鼠标移动而旋转结构视图。
Zoom：向上或者右侧拖动可以增大所选结构的视图：向下或者向左侧拖动会缩小所选结构的视图。
Translation：将结构沿着不同的方向平移。等同于按Shift+鼠标右键+鼠标中键，再松开右键，即可随着鼠标移动而平移结构视图。
Fit to View：根据窗口的尺寸，为3D结构选择合适的大小。
Recenter：将结构放置到窗口的中心，结构大小不变。
Reset View：将结构放置到窗口中原来的位置，并恢复原有大小。
3）Sketch：原子，键，画环，修改工具。
替换原子。
4）Symmetry：创建，修改，找到对称系统。
5）Atom & Bonds：创建原子和键，操作工具。
6）Animation：在3D视图中控制动画。
7）Modules：使用MS模型模块。
3、三个 Explorer：从View（见图2-2）的Explorer可调出此三个Explorer，并都可以通过点击标题栏并拖动将三个 Explorer放到屏幕上的任何位置。
图2-2 调出Explorer
几个重要的窗口，可分为这三类：
1）Job Explorer：见图2-3，显示己完成的、正在运行的程序。所属模块（Server）
显示动态模拟的状态（status）：准备（setup）、开始（starting）、运行（running），当成功运行会出现successfully，若失败则会出现failure，此时应当选择View==&Project Log查看错误信息，如图2-4；此外还有进度（Progress :任务以百分比显示的进度）等等。
图2-3 Job Project
图2-4 查看工程日志
2）Project Explorer：见图2-5，显示运行的job，各种输入与输出文件，近端远程的状态都可以显示，可以查看结果、修改输出输入的相关设定。
3）Properties Explorer：见图2-6，材料的原子及电子结构3D模型等物性数据，例如晶体晶胞边长、原子元素种类等等。均可通过双击加以修改。
图2-5 工程文件 图2-6 特性参数
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Materials Studio
Materials Studio
产品名称（英文）：Materials Studio
产品名称（中文）：最强大的材料模拟计算平台
软件厂家：BIOVIA
产品简介：
Materials Studio是美国BIOVIA公司用于材料科学研究的主要产品，采用了世界领先的模拟计算思想和方法，如量子力学（QM）、线性标度量子力学(Linear Scaling QM)、分子力学(MM)、分子动力学(MD)、蒙特卡洛(MC)、介观动力学(MesoDyn)和耗散粒子动力学（DPD）、统计方法、QSAR等多种先进算法和X射线衍射分析等仪器分析方法。
& & &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
& & &&BIOVIA(美国)公司是世界领先的计算科学公司，是一系列用于科学数据的挖掘、整合、分析、模建与模拟、管理和提交交互式报告的智能软件的开发者，是目前全球范围内唯一能够提供分子模拟、材料设计、化学信息学和生物信息学全面解决方案和相关服务的软件供应商，所提供的全面解决方案和科技服务满足了当今全球领先的研究和开发机构的要求。
& & & Materials Studio多尺度分子模拟平台是BIOVIA公司（美国）在材料设计领域的核心产品。它融合多种模拟方法，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。在国内拥有近400家用户，分布在石油、化工、环境、能源、制药、电子、食品、航空航天和汽车等工业领域和教育科研部门；相关的研究工作在Nature、Science等各类权威期刊上发表论文过万篇。
& & &Materials Studio分子模拟软件采用了先进的模拟计算思想和方法，如量子力学（QM）、线性标度量子力学(Linear Scaling QM)、分子力学(MM)、分子动力学(MD)、蒙特卡洛(MC)、介观动力学(MesoDyn)和耗散粒子动力学（DPD）、统计方法QSAR(Quantitative Structure - Activity Relationship )等多种先进算法和X射线衍射分析等仪器分析方法；同时产品提供了界面友好的的模拟环境，研究者能方便地建立三维结构模型，并对各种小分子、纳米团簇、晶体、非晶体以及高分子材料的性质及相关过程进行深入的研究，得到切实可靠的数据。
& & &Materials Studio分子模拟软件支持Windows和Linux操作平台，用户可以自由定制、购买自己的模拟方法和模块，以满足特定领域研究需求。&Materials Studio软件使任何研究者都能得到和世界一流研究部门相一致的材料模拟技术。
& Materials Studio的&基本环境
&&&Materials Visualizer
Materials Studio 中的量子力学模块：
& CASTEP( 平面波赝势方法)；
& DMol3( 原子轨道线性组合方法)；
& QMERA( 量子力学/ 分子力学杂化方法)；
& ONETEP( 线性标度方法)
Materials Studio 中的半经验量子力学模块：
& DFTB+( 紧束缚近似方法)；
& VAMP( 原子轨道线性组合方法)
Materials Studio中的经典模拟方法模块可分为三类：
一、Materials Studio 中的分子力学、动力学模块：
COMPASS II( 高精度力场)；
Forcite Plus( 包含各种通用力场)；
GULP( 包含各种针对无机体系的专用力场)
二、Materials Studio 中涉及蒙特卡洛方法的模块：
Amorphous Cell( 无定形模型搭建)；
Adsorption Locator( 吸附位、吸附构象)；
Blends( 混合体系相容性)；
Conformers( 聚合物构象)；
Sorption( 吸附位、吸附等温线)；
三、Materials Studio中的定量结构-性能关系模块：
Materials Studio 中的介观模拟模块：
Mesocite( 耗散粒子动力学、粗粒化分子动力学)；
MesoDyn( 平均场密度泛函方法)
Materials Studio 中的晶体、结晶与仪器分析方法可分为两类：
一、Materials Studio 中的晶体结构解析模块：
Polymorph Predictor( 基于力场找到分子的稳定堆积)；
X 射线、中子、电子衍射图谱解析工具包
二、Materials Studio 中的晶粒形貌预测模块：
Morphology( 包含多种通用力场，预测晶粒形貌)
Materials Studio中的定量构效关系模块：
QSAR(Quantitative Structure Activity Relationship，定量构效关系)
Materials Studio中的Perl 脚本
各模块细节介绍：
&&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；
Materials Studio 中的量子力学模块：
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 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 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。
Materials Studio中的经典模拟方法可分为三类：
一、Materials Studio 中的分子力学、动力学模块：
COMPASS II( 高精度力场)
COMPASS 是一个功能强大的、基于量子力学方法，并且能够对凝聚态体系进行原子尺度模拟研究的力场。对其参数有效性的考察，不仅包括了单分子( 气态) 的量子力学计算结果以及实验结果，还充分考虑了其凝聚态性能。因此，COMPASS 可在一个很大的温度、压力范围内，精确地预测多种单分子及其凝聚态的结构、构象、振动及热物理性质。Materials Studio7.0 在此基础上推出了COMPASS II，添加对离子液体的支持，强化对聚合物和杂环体系的计算精度，包含的力场类型增加到253 个(COMPASS229个)， 参数及函数项增加到8294 个(COMPASS 3856个)。
Forcite Plus( 包含各种通用力场)
Forcite Plus 是一款分子力学和分子动力学模拟程序。它可以对分子、表面或三维周期性材料体系进行快速的能量计算、几何优化以及各种系综下的动力学模拟研究，可以分析材料体系的各种结构参数、热力学性质、力学性质、动力学性质以及统计学性质。主要应用于有机、无机小分子、有机金属络合物、高分子聚合物、纳米及多孔材料、部分金属、金属氧化物晶体及晶体表界面结构的研究。
GULP( 包含各种针对无机体系的专用力场)
&&& GULP 是一款分子力学和分子动力学模拟程序。它可以对具有零维、一维、二维、三维结构的各种材料体系的多种性质进行计算、解释和预测。GULP 具有多种针对性较强的势函数，譬如支持壳层模型的Bush、Lewis 势以及多种原子嵌入势(EAM) 和改良嵌入势(MEAM)，适合于较高精度地研究多种无机材料体系包括金属、合金体系，此外，它还具备Brenner、Tersoff 等针对碳材料的势函数， 以及可用于研究化学反应的ReaxFF 力场。不仅如此，GULP 提供了拟合和编辑势函数的工具，可结合量子力学的计算结果或者实验数据，拟合针对性更强的势函数，提高模拟计算精度。对于有机小分子、金属单质、合金、金属氧化物、碳、硅纳米材料、硅铝多孔材料、铀、镎、钚的混合氧化物以及粘土矿物，GULP 均可做较高精度的研究。
二、Materials Studio 中涉及蒙特卡洛方法的模块：
Amorphous Cell( 无定形模型搭建)
&&& Amorphous Cell 模块是一个采用蒙特卡洛方法搭建无定形模型的工具。它可用于搭建具有多种组分及不同配比的高分子共混模型、溶液模型、复合材料模型、固液/ 固气界面模型、孔道填充模型、向列型液晶模型等，对塑料、玻璃、食品、化工以及复合材料等领域的模拟工作具有重要的辅助作用。
Adsorption Locator( 吸附位、吸附构象)
&Adsorption Locator 是一款采用蒙特卡罗模拟退火方法搜索吸附质在基底材料上的最低能量吸附构象的程序，它可以给出吸附质的稳定吸附位点、混合吸附质的优先吸附成分、纳米级催化剂的活性位、原子层沉积过程的最稳定位置，帮助研究人员从原子水平上了解吸附过程( 结构影响、添加剂作用)。在涂料开发、表面腐蚀研究、催化剂设计以及晶体结晶形貌等领域具有理论指导意义。
Blends( 混合体系相容性)
Blends 是一款以力场为基础，采用扩展的Flory-Huggins 模型估算二元混合物体系相容性的程序，可以有效的缩短工艺探索周期。这些二元混合物包括溶剂- 溶剂、聚合物- 溶剂以及聚合物- 聚合物。这种模拟技术能够直接从二元混合物的化学结构预测出混合物的热力学性质。作为一个快速的筛选工具，Blends 可以在缩减试验次数的同时开发出稳定的产品配方，它在粘结剂、医药品、化妆品、金属特种表面涂层、眼镜和塑胶等材料制备领域具有重要作用。
Conformers( 聚合物构象)
Conformers 是一款以力场为基础，搜寻分子最低能量构象的程序。它包含多种方法，多种判据以及多种可控条件，能够高效地探索各类分子的构象，包括环状结构的分子。不仅如此，Conformers 还具有一定的分析功能，可以建立分子构象与其能量、偶极矩、回转半径之间的关系。在结晶、催化以及聚合物研究等诸多领域，Conformers 都具有很高的应用价值。
Sorption( 吸附位、吸附等温线)
Sorption 是一款基于巨正则蒙特卡洛(GCMC, Grand Canonical Monte Carlo) 方法预测单一或混合组分在微孔材料和介孔材料中吸附的程序。它所涉及的体系包括分子筛、铝磷酸盐、粘土、纳米管、聚合物膜、硅胶、活性炭和金属- 有机骨架材料等。Sorption 可直接给出吸附等温线( 载荷曲线)、亨利常数等性质，可应用于气体分离、烃类裂解、气体传感器以及离子交换等诸多领域的研究， 大大提高工业用气体、石油石化产品以及特种催化剂的生产效率，有助于提升商业利润。
三、Materials Studio中的定量结构-性能关系模块：
Synthia 是一款以美国陶氏公司Jozef Bicerano 博士的工作为基础，使用先进的定量结构- 性能关系方法(QSPR，Quantitative Structure Property Relationship) 预测聚合物性质的程序。不同于传统的基团贡献法，Synthia 使用聚合物的拓扑信息，特别是源于图论的连接指数，建立原子和化学键与聚合物性质的关联，因此，它可以预测由碳、氢、氧、氮、硅、硫、氟、氯和溴组成的所有聚合物的性质，而不受基团贡献数据库的限制。Synthia 的预测结果在实际工作中得到了广泛的验证。
Materials Studio 中的介观模拟模块：
Mesocite( 耗散粒子动力学、粗粒化分子动力学)
& & & Mecocite 是一个包含粗粒化分子动力学以及耗散粒子动力学两种方法，并以软凝聚态材料为主要研究对象的介观模拟工具。依靠介观方法在时间和空间尺度上的优势，Mecocite 可以更加快捷的研究添加剂、溶剂、单体类型、比例对各种均聚、嵌段、枝状聚合物结构、性能的影响；研究大分子的扩散；研究纳米复合材料中纳米管的分散性等。它在复合材料、涂料、化妆品以及药物的控释领域具有重要应用。
MesoDyn( 平均场密度泛函方法)
& & & MesoDyn 是一款基于动态平均场密度泛函方法的介观模拟程序，主要用于复杂流体，包括聚合物熔体和混合体系在介观尺度的动力学研究。它将真实的聚合物转化为高斯链(Gaussian Chain) 模型，将真实体系的动力学过程转变为不存在相互作用的高斯链在一个平均场作用下的运动，此时的运动利用朗之万泛函方程描述，此时的平均场则与表征聚合物相互作用的Flory-Huggins 参数密切相关。MesoDyn 可以模拟100- 1000nm 的体系，可以非常方便的研究复杂流体、聚合物共混的动力学过程和稳定拓扑形貌，在涂料、化妆品、混合材料、表面溶剂、复杂药物传输以及相关领域具有广泛应用。
Materials Studio 中的晶体、结晶与仪器分析方法可分为两类：
一、Materials Studio 中的晶体结构解析模块：
Polymorph Predictor( 基于力场找到分子的稳定堆积)
& & & Polymorph Predictor 是一个以力场为基础，采用蒙特卡洛模拟退火法，由给定化合物的分子结构预测其多晶型的工具。晶体材料在制药、农药、染料、炸药以及专用化学品工业中有着非常普遍的应用，然而，由于晶体结构的多样性，即使具有相同的分子结构，这些晶体材料在贮存期、生物药效、溶解性、形貌、蒸汽压、密度、颜色和冲击感度等方面往往具有明显差异，因此，对材料各种可能晶型的预测和性质研究显得非常重要。
X 射线、中子、电子衍射图谱解析工具包
& & & 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，将系统消光规律引入指标化过程， 能够给出细长或扁平晶胞的高质量指标化结果，成功率达到92%，远高于传统的DICVOL(46%)、TREOR(46%)、 ITO(33%) 方法，同时允许用于指标化的衍射峰中出现杂质相衍射峰，指标化结果已然考虑仪器零点漂移
& & &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 and X-Cell。结构精修工具包括Rietveld精修和Pawley精修。另外，Reflex可以利用粉末衍射的无定型参考数据和结晶参考数据来确定物质的结晶度(Crystallinity)。
Reflex Plus&&&
& & &在Reflex标准功能的基础上加入已被广泛验证的Powder Solve技术，Powder Solve 是一个基于蒙特卡洛模拟退火法或者平行回火法，堆积得到材料晶体结构的工具。它可以在材料密度、化学式、晶胞参数、空间群确认的基础上，得到原子各种可能的堆积排列方式，并依据其衍射图谱与实测衍射图谱的差异( 剩余方差因子)，对各种堆积方式做出取舍。Powder Solve 为进一步的Rietveld 修正提供初始结构，适于全新晶体结构的研究。
Reflex QPA&
& & &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的相对比例。可用于化学品或医药工业中有机或无机材料组成成分的确定。
二、Materials Studio 中的晶粒形貌预测模块：
Morphology( 包含多种通用力场，预测晶粒形貌)
Morphology 是一个通过材料晶体结构预测其晶粒形貌的工具。它可对特定添加剂、溶剂以及杂质存在下的晶体形貌研究提供帮助。其主要应用领域包括医药品、农用化学品、食品科学、石油化工、水泥、日用品以及特殊化学品等。
Materials Studio中的定量构效关系模块：
QSAR(Quantitative Structure Activity Relationship，定量构效关系)
QSAR是化学、化工以及材料领域中的一种重要研究手段。它通过构建材料的实验信息(&性质&) 和分子水平特征(&描述符&) 之间的统计回归模型，进而预测未知材料的性质。所涉及的体系包括分子晶体、无机晶体、分子筛、高聚物、表面活性剂等。QSAR 的应用可以极大的提升高性能材料的研发速率。
Materials Studio中的Perl 脚本
随着分子模拟技术的发展，为了更好、更灵活地使用各个模块的功能、处理得到的数据，Materials Studio 逐步开放了基于Perl 语言的脚本编写。Perl能够实现重复性计算任务和涉及多个模块、多种任务的流程化计算过程的自动化处理，同时能够拓展Materials Studio 的应用，实现Materials Studio 中的模块所不具备的模拟功能，支持在Materials Studio 中整合其它程序。
、Materials Studio软件与Pipeline Pilot流程处理平台的整合
什么是Pipeline Pilot ？
Pipeline Pilot(PP) 的是Accelrys 公司旗下的一款图形化工作流软件，具备功能强大的信息整合和流程定制能力，其在优化研究创新周期、提高工作效率与减少研究和IT 经费方面能发挥巨大作用。用户不仅能够通过Pipeline Pilot 整合和挖掘海量的研究数据、自动化数据的分析流程，而且还可以实现企业级的研究成果快速分析、可视化与共享，提升大范围的协作能力。
Pipeline Pilot 与Materials Studio 的整合
Materials Studio 在菜单中具有pipeline pilot protocols 选项，可以直接调用Pipeline Pilot 的相关计算功能6.0；Pipeline Pilot 中的Materials studio component collection(MSC) 模块集成了MS 中主要的建模和模拟工具，可以为材料研究的预测分析和自动化工作流程提供完整的软件解决方案。
、Materials Studio软件的系统要求
Materials Studio 运行的软硬件环境a
服务器端操作系统
x86-64 Linux(Including Cluster)
& Windows Vista (Business & Enterprise) - SP2
& Windows Server 2008, all editions - SP2
& Windows 7 (Professional & Enterprise) - SP1 64-bit
& Windows Server 2008, all editions - SP2 and R2 SP1
& Windows 7 (Professional & Enterprise) - SP1
& Windows 8 (Professional & Enterprise)
& Windows 8.1 (Professional & Enterprise)
& Windows Server 2012, all editions
x86-64 (64-bit)
& Red Hat Enterprise Linux Ser ver and Desktop 5
& Red Hat Enterprise Linux Ser ver 6
& SuSE & Linux Enterprise Server 11
服务器硬件环境b
Intel 及兼容的CPU
4GB 内存，内存越大，处理体系越大
2.2GB 硬盘空间
客户端操作系统
& Windows Vista (Business & Enterprise) - SP2 (32-bit only)
& Windows 7 (Professional & Enterprise) - SP1 (32-bit and 64-bit) uses 32-bit binar y Materials Studio client
& Windows 8 (Basic, Professional & Enterprise) - (32-bit and 64-bit) uses 32-bit binar y Materials Studio client
& Windows 8.1 (Basic, Professional & Enterprise) - (64-bit only) uses 32-bit binar y Materials Studio client
客户端硬件环境 b
Intel 及兼容的CPU
4GB 内存，内存越大，处理体系越大
2.2GB 硬盘空间
16-bit / 65536 colors 显卡( 最低要求)。高性能的显卡，将极大提高模型，色阶图的显示质量，
对于大体系的动态演示至关重要
a 上述软硬件环境适用于Materials Studio 7.0
b 具体配置请与硬件工程师联系
? &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
& & & 主要相关模块：Visualizer、CASTEP、 DMol3、DFTB+、GULP、Reflex（plus）、Sorption、Adsorption locator
? &问：Materials Studio在纳米材料研究领域能做哪些方面的模拟工作？
& & &答：Materials Studio软件平台中的量子力学方法和分子力学和动力学方法结合，可以研究纳米材料的微观结构及光、电、磁、力学及热力学相关的物理性质，化学反应活性以及自组装、外延生长机制进行研究。&
& & （1）纳米材料如碳纳米管、石墨烯、硅纳米棒的电子结构的剪裁和控制
& & （2）纳米材料的催化反应机理研究和化学反应过程的研究
& & （3）纳米管机械性能，如在压缩、弯曲、拉伸载荷下的屈服模拟
& & （4）纳米材料电子输运性能
& & &主要相关模块：DMol3、CASTEP、ONETEP、QMERA、DFTB+、Forcite Plus；
? &问：Materials Studio在高分子及其复合材料研究领域能做哪些方面的模拟工作？
& & &答：Materials Studio中基于力场（势函数）的分子力学、动力学以及蒙特卡洛模块，包括介观动力学模块，可用于高效的搜索高分子的稳定构象，构建和表征高分子晶态或非晶态的结构和预测性质。
& & （1）树脂如交联环氧树脂的配方设计和力学性能研究，热固性聚合物在玻璃态和橡胶态的结构与机械性能之间的关系
& & （2）高分子材料的内聚能密度、玻璃化转变温度及共混行为及相分离形貌
& & （3）阻隔包装材料中小分子的渗透扩散研究
& & （4）复合材料的界面处的分布形态(密度场)及复合材料的杨氏模量、泊松比、热导率、透气率等宏观性质。
& & & 主要相关模块： DMol3、Forcite Plus、COMPASS、Amorphous Cell、Blends、Synthia、Conformers、Mesocite、MesoDyn
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