[转载]利用materials&studio建立晶体模型的步骤
这个可以参见“中科大materials studio
ppt教程5”，里面更详细。这篇文章原本用的是NaCl为例，但因为转载自百度博客，在新浪这边显示不了图片，我这里就改做我现在做的Ti3SiC2为例，简单说说怎么利用MS建晶体结构。&有疑问可联系或直接评论本文。
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&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。
以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。Materials Studio中文教程_Materials Studio中文教程免费下载_爱问共享资料
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所需积分：2[转载]Material Studio进行晶体团簇建模的基本步骤
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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&build 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。几点说明1． 与高斯相比，dmol3能够计算的体系更大。如果要研究表面的吸附，而模拟表面的团簇模型又比较大，建议采用dmol3。如果计算的是局部化学反应，而体系也不是很大，则可以使用高斯。2． 关于是否考虑周期性条件的问题研究金属表面时，团簇计算方法在前些年由于计算量小曾经被广泛的应用过，直到现在也被很多人在使用着，主要被用来计算吸附和多个分子的共吸附等，即不考虑化学键的断裂。 近年来由于国际上计算能力的提升，人们开始考虑周期性条件，这点从JPCA，JPCB，PRL，PRB，JACS等杂志上刊出的文章里也可以看出，但是计算量要大很多。需要注意的是，由于团簇计算方法没有考虑周期性，即在k空间里只计算了Γ点，采用该方法计算表面的化学键的断裂（即表面扩散问题等）时有可能受到质疑。3．在研究表面时，通常把团簇固定，只优化吸附在表面的分子，这一点可以通过菜单栏上的Modify&Constraint实现。首先选定团簇中需要固定的原子，然后在下面的对话框中打勾。同时也可以在Measurement里固定部分键长和键角。4. 关于计算参数设置主要有几个参数需要注意1&&对于Electronic页面，需要注意的是Core treatment,对于过渡金属原子通常需要考虑相对论效应，因此一般不使用All Electron方法。其他几种方法任选。& & Basis set应为DNP，Setup下的Quality一般选fine。为了提高计算速度，一个较好的办法是先用粗糙的Basis set和Quality进行优化，然后再提高精度。 2&&还有一个非常重要的选项是Electronic&More&SCF里的Use smearing。这个关键字有助于加快收敛，但是设的多大往往会产生错误的结果，它也相当于允许的误差范围。具体设置办法可参考help。其他的关键字可酌情设置。
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自尉国栋科学网博客。链接地址：
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9：00&22：00
Materials Studio软件在固体物理教学实践中的应用
2013年33期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　【摘 要】Materials Studio/CASTEP的组合是一个先进的材料设计环境，具有三维可视的材料分子建模能力。它采用平面波贋势基组结合密度泛函理论，在高度整合的主从运算与分析环境架构下，提供亲和而功能强大的使用界面，是研究与设计材料物理性质的一个功能强大的工具。在教学过程中引入Materials Studio计算模拟软件，对教学的知识点及基本原理进行操作、演示及计算，可使教学内容更形象、生动、丰富，知识点更易于被学生理解，从而提高教学效率；激发学生的学习兴趣，促进其专业技能和素质的培养。本文旨在探索教学方法的改进及创新，为固体物理及材料科学的学科建设进行有益的尝试。 中国论文网 /9/view-4856070.htm　　【关键词】固体物理 Materials Studio CASTEP 计算模拟 教学方法 　　【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】（4-02 　　固体物理是大中专院校物理学、材料科学与工程、化学、电子学专业中重要的基础专业课，它是物理学中内容丰富、应用广泛的分支学科，是微电子技术、光电子学技术、能源技术、材料科学等技术学科的基础。因此做好固体物理学科的教学工作尤为重要。同时这门课程所涉及的知识点多与物理概念及数学公式相关，内容具有一定的学习难度，不易理解。因此，在教学过程中，如果能形象生动地展开教学活动，直观地解释相关的物理概念、现象、过程、结构及状态等，就能激发学生的学习兴趣，更好地理解相关的知识，提高教学效率。 　　理论计算模拟方法已成为国际上流行的一种科学研究方法。目前，国内外越来越多的学术期刊中大量采用理论计算方法来验证及说明实验得出的数据结果。Materials Studio6.0、VASP、Wein2K等软件是目前计算固体物理周期性体系比较流行的软件，Materials Studio 软件采用平面波贋势基组，而VASP及Wein2k采用全电子基组。从计算精度上来说，VASP&MedeA、Wein2k的精度更高，但耗用计算资源较多，可视化不好，只有熟悉第一性原理及计算模拟的专业人员才能熟练运用，不利于本科生的教学。相反，Materials Studio 程序包通过Visualizer可视化界面整合了二十几种计算模拟模块，功能强大，操作简单、直观，因此，更易被本科生掌握，适宜于本科生的日常教学实践。 　　一 Visualizer可视化模块结合固体物理教学环节的设计 　　1.简介 　　Materials studio材料计算模拟软件是美国Accelrys公司为材料科学领域开发的一款科学研究软件。用户可通过Visualizer模块进行一些简单的操作来构建复杂材料分子的三维结构模型。随后对材料分子进行的构型优化、性质预测、X射线衍射分析及量子力学方面进行计算研究。 　　固体物理其研究内容包括：晶体结构；晶体衍射和倒格子；晶体结合与弹性模量；声子；自由电子费米气；能带；半导体晶体；磁性；光学过程与激子；介电体和铁电体；表面与界面物理；位错与缺欠等。Materials Studio能够进行模型构建；弹性张量；电子光谱与介电常数的计算；静介电常数；红外、拉曼光谱计算；磁性相关性质计算；费米面计算及可视化；能带及态密度的计算及图形化；声子谱及声子态密度等等，固体物理学科中的很多概念及过程我们都可通过Materials Studio程序包来进行课堂演示及计算，给出形象化的解释。 　　2.构建固体物理教学内容涉及的模型结构 　　固体物理中的很多章节，涵盖的知识点及概念都可以利用Materials Studio软件建模并计算，从而很好地演示出来。比如晶体结构，我们可以通过Visualizer模块中的File→Import→Structure→semiconductors→ZnO功能导入程序内建的各种晶体结构，包括半导体、玻璃、金属、金属氧化物、矿物质、有机物、高分子、催化剂、陶瓷等常用的晶体数据结构，并三维可视化。之后我们可以在此晶体结构基础上进行超晶胞拓展，或者根据自己的需要进行修改，引入一些位错及缺欠；另外还可以构建催化表面、气相吸附等，最后利用CASTEP进行计算演示。 　　二 CASTEP模块在教学中的应用 　　CASTEP（Cambridge Sequential Total Energy Package的缩写）是专为固体材料科学设计的当前最高水平的量子力学软件包之一。下面我们简要举例讲述如何应用Materials Studio & CASTEP软件讲解固体物理教学中的相关知识和概念。 　　1.弹性系数张量的计算 　　弹性系数张量与块体模量都是决定材料机械性质和硬度的重要指标。下面我们以ZnO做示范。操作步骤为：首先，载入Materials Studio自带的ZnO模型，进行Ultra fine精度的几何结构优化。在Setup选项卡中选择：Functional→LDA；Quality→Ultra fine；在选择GeomOpt计算后，从More选项中选择晶胞Optimize cell选项，使用默认的peseudopotential，进行几何结构优化ZnO晶胞。之后在优化的ZnO晶胞基础上，做TASK=Elastic Constants的计算。完成后，进行操作CASTEP→Analysis进行计算结果分析，在选项卡中选择Elastic Constants来获得弹性张量，得到ZnO的弹性张量计算结果。也可以采用不同的精度及泛函方法计算几组数据，之后我们可以与文献中的实验值进行比较，来验证我们计算的精度。通过整个计算过程及操作的讲解，可以使学生易于理解固体物理中弹性模量的计算原理及此概念的意义。 　　2.总结 　　Materials Studiao具有强大的建模功能，并自带很多模型数据；而CASTEP计算模块可方便地计算出固体物理学科中所涉及的概念，在教学过程中恰当地运用此类软件，通过直观的操作及可视化图形展示，激发学生学习兴趣，促进其动手和理论联系实际的能力，使课堂教学过程引人入胜。 　　参考文献 　　[1]于永宁.材料科学基础[M].北京：高等教育出版社，2005 　　[2]杜永胜.Materials Studio 在固体物理教学中的应用[J].技术物理教学，2009（3） 　　〔责任编辑：李锦雯〕
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Materials Studio
来源：& 作者：
　&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&& &&
&&& 是Accelrys专为材料科学领域开发的可运行于PC机上的新一代材料计算软件，可帮助研究人员解决当今化学及材料工业中的许多重要问题。Materials Studio软件采用Client/Server结构，客户端可以是Windows 98、2000或NT系统，计算服务器可以是本机的Windows 2000或NT，也可以是网络上的Windows 2000、Windows NT、Linux或UNIX系统。使得任何的材料研究人员可以轻易获得与世界一流研究机构相一致的材料模拟能力。Materials Studio
　　由分子模拟软件界的领先者--美国ACCELRYS公司在2000年初推出的新一代的模拟软件Materials Studio,将高质量的材料模拟带入了个人电脑（PC）的时代。
　　Materials Studio是ACCELRYS 公司专门为材料科学领域研究者所涉及的一款可运行在PC上的模拟软件。他可以帮助你解决当今化学、材料工业中的一系列重要问题。支持Windows98、NT、Unix以及Linux等多种操作平台的Materials Studio使化学及材料科学的研究者们能更方便的建立三维分子模型，深入的分析有机、无机晶体、无定形材料以及聚合物。
　　任何一个研究者，无论他是否是计算机方面的专家，都能充分享用该软件所使用的高新技术，他所生成的高质量的图片能使你的讲演和报告更引人入胜。同时他还能处理各种不同来源的图形、文本以及数据表格。
　　多种先进算法的综合运用使Material Studio成为一个强有力的模拟工具。无论是性质预测、聚合物建模还是X射线衍射模拟，我们都可以通过一些简单易学的操作来得到切实可靠的数据。灵活方便的Client-Server结构还是的计算机可以在网络中任何一台装有NT、Linux或Unix操作系统的计算机上进行，从而最大限度的运用了网络资源。
　　ACCELRYS的软件使任何的研究者都能达到和世界一流工业研究部门相一致的材料模拟的能力。模拟的内容囊括了催化剂、聚合物、固体化学、结晶学、晶粉衍射以及材料特性等材料科学研究领域的主要课题。
　　Materials Studio采用了大家非常熟悉Microsoft标准用户界面，它允许你通过各种控制面板直接对计算参数和计算结构进行设置和分析。模块简介：基本环境MS.
分子力学与分子动力学MS.MS.MS.MS.MS.晶体、结晶与X射线衍射 MS.MS.MS.MS.MS.量子力学 MS.MS.MS.MS.介观模拟 MS.MS.定量结构-性质关系 MS.MS.相平衡 MS.材料信息学MS.MS.　　　　　　　·MS.Amorphous Cell　允许对复杂的无定型系统建立有代表性的模型，并对主要性质进行预测。通过观察系统结构和性质之间的关系，可以对分子的一些重要性质有更深入的了解，从而设计出更好的新化合物和新配方。可以研究的性质有:内聚能密度(CED)、状态方程行为、链堆砌以及局部链运动等。·MS.CASTEP　先进的量子力学程序，广泛应用于陶瓷、半导体、金属等多种材料，可研究：晶体材料的性质（半导体、陶瓷、金属、分子筛等）、表面和表面重构的性质、表面化学、电子结构（能带及态密度）、晶体的光学性质、点缺陷性质（如空位、间隙或取代掺杂）、扩展缺陷（晶粒间界、位错）、体系的三维电荷密度及波函数等。&#biMat应用于材料科学高通量实验（high-throughput experimentation）的先进的数据管理系统。无论是小规模的研究组，或是跨国公司在各地的研究机构，都可以使用CombiMat来进行数据管理。CombiMat包括Oracle数据库及相关的应用模块。 &#PASS　支持对凝聚态材料进行原子水平模拟的功能强大的力场。是第一个由凝聚态性质以及孤立分子的各种从头算和经验数据等参数化并验证的从头算力场。可以在很大的温度、压力范围内精确地预测孤立体系或凝聚态体系中各种分子的结构、构象、震动以及热物理性质。·MS.DISCOVER　Material Studio的计算引擎。使用多种分子力学和动力学方法，以仔细推导的力场作为基础，可准确地计算出最低能量构型、分子体系的结构和动力学轨迹等。·MS.DMol3　独特的密度泛函（DFT）量子力学程序，是唯一的可以模拟气相、溶液、表面及固体等过程及性质的商业化量子力学程序，应用于化学、材料、化工、固体物理等许多领域。可用于研究均相催化、多相催化、分子反应性、分子结构等，也可预测溶解度、蒸气压、配分函数、溶解热、混合热等性质。·MS.DPD　DPD (Dissipative Particle Dynamics)是先进的介观模拟方法，用于研究复杂的流体现象，包括颜料、药物、化妆品以及药物控释等。DPD可以提供流体在平衡态、剪切受力以及受限在狭窄空腔等条件下的结构和动力学性质，而且研究的时间和空间尺度超越了传统的基于原子水平的分子动力学方法。·MS.Equilibria　可计算烃类化合物单组分体系或多组分混合物的相图，溶解度作为温度、压力和浓度的函数也可同时得到，还可计算单元组分体系的virial系数。适用领域包括石油及天然气加工过程（如凝析气在高压下的性质）、石油炼制（重烃相在高压下的性质）、气体处理、聚烯烃反应器（产物控制）、橡胶（作为温度和浓度的函数的不同溶剂的溶解度）等。
·MS.Fast FDS Accelrys最新发展的基于Oracle数据库的配方设计软件，可以帮助研究人员对配方设计所需的信息和知识进行存储、整理及分析，并在此基础上设计最优配方。其应用涵盖了配方设计的全过程，包括初始概念形成、试验设计以及配方优化等。
·MS.Forcite　先进的经典分子力学工具，可以对分子或周期性体系进行快速的能量计算及可靠的几何优化。包含Universal、Dreiding 等被广泛使用的力场及多种电荷分配算法。·MS.Forcite Plus
先进的经典力学模拟工具，能够进行能量计算、几何优化、动力学模拟。可对从简单分子到二维表面到三维周期等范围很广的结构进行上述操作。一整套的分析工具可用来对诸如偶极相关等复杂性质进行分析。
·MS.MesoDyn　相对于分子水平的模拟，MesoDyn是一种可以在更大的时间和空间尺度上研究复杂流体体系的动力学模拟方法，可以研究的体系包括高分子熔体及高分子共混体系。·MS.Morphology　从晶体的原子结构来模拟晶体形貌。可以预测晶体外形，研发特殊效果的掺杂成分，控制溶剂和杂质的效应。 ·MS.NMR CASTEP 通过第一原理DFT理论预测NMR化学位移和电场梯度张量。方法适于计算包括有机分子、陶瓷和半导体在内的众多类型材料的分子、固体、表面的NMR位移。 ·MS.Polymorph Predictor 使用快速的Monte Carlo模拟方法，根据化合物的分子结构直接预测其可能的多晶型结构。·MS.QSAR QSAR(定量构效关系)包括了一组用于化学和材料研究的统计学工具，可以帮助研究人员快速找到具有最佳理化性质的物质和材料。·MS.Reflex　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，还能对模拟结构和实验数据进行实时的比较。包括粉末衍射指标化及结构精修等工具。
·MS.Reflex Plus　是对Reflex的完善和补充，在Reflex 标准功能基础上加入了已被广泛验证的Powder Solve技术。Reflex Plus提供了一套可以从高质量的粉末衍射数据确定晶体结构的完整工具。·MS.Synthia 可快速预测高分子诸多性质的定量结构-性质关系软件包。对均聚物和无规共聚物可预测从迁移性质到力学性能的一系列性质。 ·MS.VAMP　半经验的分子轨道程序，适用于有机和无机的分子体系。VAMP可快速计算分子的多种物理和化学性质，其计算的速度和精度介于基于力场的分子力学方法和量子力的第一原理方法。经过优化的VAMP程序可以在PC机上稳定、快速、交互地进行计算。
·MS Visualizer　提供了搭建分子、晶体及高分子材料结构模型所需要的所有工具，可以操作、观察及分析结构模型，处理图表、表格或文本等形式的数据，并提供软件的基本环境和分析工具以支持Materials Studio的其他产品。是Materials Studio 产品系列的核心模块。
·MS.X-Cell 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，它使用"消亡决定"（extinction-specific）的二分法方法对参数空间进行详尽无遗的搜索，最终给出可能的晶胞参数的完整清单。
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