materialsstudio操作手册MaterialsStudio是一款功能强大的材料模拟软件,广泛应用于材料科学、化学、物理等领域。
本手册旨在向初学者介绍MaterialsStudio的基本操作方法,帮助读者快速上手和熟练使用该软件。
一、软件介绍MaterialsStudio是由Accelrys公司开发的一款材料模拟软件,提供了多种计算和模拟工具,包括材料结构建模、分子动力学模拟、密度泛函理论计算等。
软件界面简洁直观,操作相对简单,适合初学者学习和使用。
二、软件安装1.下载MaterialsStudio安装包,双击运行安装程序。
2.按照安装向导的提示进行安装,并选择安装路径。
3.安装完成后,打开软件,输入许可证信息进行激活。
三、材料结构建模1.打开MaterialsStudio,点击菜单栏的“建模”选项。
2.在“建模”界面中,选择所需的建模工具,如“晶体构建”、“分子段构建”等。
3.根据需要输入所需的参数,如晶体的晶面、晶格常数等。
4.完成结构建模后,保存并命名该模型。
四、模拟计算1.在MaterialsStudio主界面,点击菜单栏的“计算模拟”选项。
2.在“计算模拟”界面中,选择所需的计算方法,如分子动力学模拟、能带计算等。
4.点击“开始计算”按钮,等待计算结果的生成。
五、数据分析与可视化1.根据计算结果,在MaterialsStudio主界面选择“后处理与分析”选项。
2.在“后处理与分析”界面中,选择所需的分析工具,如晶体结构分析、能带分析等。
3.输入相应的参数和选择所需的分析方法。
4.运行分析工具后,生成分析结果,并通过可视化方式展示。
六、参数优化1.在MaterialsStudio主界面,选择“参数优化”选项。
2.在“参数优化”界面中,选择所需的优化算法,如遗传算法、全局优化算法等。
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-bondcutoffs。
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→AtomSelection,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→EditSets,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DiscoverSetup对话框,选择Typing选项卡。
图3-2DiscoverSetup对话框Typing选项卡在Forcefieldtypes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PropertiesProject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。
materialsstudio操作手册(实用版)目录1.MaterialsStudio简介2.操作手册的主要内容3.如何使用MaterialsStudio进行基本操作4.高级操作技巧与示例5.材料建模与模拟的实践应用6.常见问题与解决方案正文【1.MaterialsStudio简介】MaterialsStudio是一款专业的材料科学模拟软件,广泛应用于材料研究、教育等领域。
该软件集成了多种模拟方法,如第一性原理、分子动力学、蒙特卡洛模拟等,能够实现对材料的结构、性能、缺陷等方面的研究。
MaterialsStudio具有用户友好的界面,支持可视化操作,使得用户可以轻松地搭建模型、设置参数、运行模拟和分析结果。
【2.操作手册的主要内容】MaterialsStudio操作手册主要包括以下几个方面的内容:(1)软件安装与配置:介绍如何安装MaterialsStudio及其依赖库,以及配置环境变量等。
(2)界面与基本操作:介绍MaterialsStudio的操作界面,包括菜单栏、工具栏、状态栏等,以及如何进行文件的保存、导入、导出等基本操作。
(3)模型构建与参数设置:介绍如何添加原子、分子、晶体等模型,以及如何设置模拟参数,如温度、压力、晶格常数等。
(4)模拟运行与结果分析:介绍如何运行模拟,以及如何分析结果,如计算能量、力、电荷密度等。
(5)高级操作技巧与示例:介绍如何进行高级操作,如自定义模拟算法、编写脚本等,并提供典型示例。
(6)材料建模与模拟的应用:介绍如何应用MaterialsStudio进行材料研究,如晶体结构预测、材料性能优化等。
【3.如何使用MaterialsStudio进行基本操作】(1)打开软件:在Windows系统下,点击“开始”菜单,找到“MaterialsStudio”并双击;在Mac和Linux系统下,进入终端,输入命令并回车。
:【序】介绍众所周知,材料工程是一门非常重要的学科,它研究的对象是材料的性能、制备、加工和应用。
一直以来,科学家们致力于寻找更好的材料,并开发出各种工具来帮助他们更好地理解和研究材料。
在材料研究领域中,MaterialsStudio(材料工作室)无疑是一个非常重要的软件工具,它能够帮助研究人员进行材料建模、仿真和分析,以更好地理解材料的性能和行为。
【一】MaterialsStudio的基本概念让我们来介绍一下MaterialsStudio的基本概念。
MaterialsStudio是由Accelrys公司开发的一款集成的材料建模软件评台,它包括多个模块,可以用于原子建模、晶体学分析、分子建模、材料性能预测和材料工程等领域。
使用MaterialsStudio,研究人员可以对材料的结构和性能进行全面的分析和预测,这对于新材料的设计和开发非常有帮助。
【二】MaterialsStudio的操作手册接下来,让我们来详细了解一下MaterialsStudio的操作手册。
在使用MaterialsStudio进行材料建模和仿真时,研究人员需要掌握一系列的操作技能,包括建立原子模型、进行能带计算、进行分子动力学模拟等。
【三】对MaterialsStudio操作手册的个人理解在我看来,MaterialsStudio操作手册是非常有价值的。
通过学习和掌握这些操作技能,我可以更好地进行材料建模和仿真,更好地理解材料的性能和行为,从而为新材料的设计和开发提供有力的支持。
MaterialsStudio操作手册还可以帮助我更好地应用软件工具进行科研工作,提高工作效率和研究质量。
【结语】总结和回顾经过对MaterialsStudio的基本概念和操作手册的介绍,我对这个材料研究工具有了更深入的了解。
转贴——用MaterialStudio构建复杂模型及转换成poscar的2种方法我发现做表面的还不少。
这里我也给大家介绍一点经验,简单点表面构建法前面介绍了,那么这里我介绍“用MaterialStudio构建稍微复杂的表面模型”。
这里介绍的是构造一个根号3x2的pt(111)表面。
用MSModeling制作slab模型结构图1,打开MSmodeling,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/Cleavesurface,4,在弹出的菜单中处理数据(i)在surfacebox界面下a)你所要做的表面,如[111];也就是将cleaveplane[hkl]修改成[111];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Orientationstandard选项改成U矢量沿x轴方向,V在xy平面(iii)在surfaceMesh的界面下修改U,V矢量。
如保持U不变,将V矢量修改成0.50.5-15,点击cleave,产生一个[111]的表面模型,6,在主菜单中的Build选择Crystals/BuildVaccumSlab7,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Createsupercell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。
如果你需要产生vasp的poscar文件,那么你可以从ms模块导出这个文件为.car文件(它是卡迪尔坐标),简单进行处理下就变成vasp了。
MaterialStudio构建表模型MaterialStudio是款功能强的软件,其功能当然不仅仅限于构造模型。
在这,我们就试,MaterialStudio来构建我们所感兴趣的吸附表。
最简单的(111)或者(100)较容易,但是稍微复杂点的,如(110)的构造如果是就要稍花。
MaterialStudio这套软件可以轻易的构造多数晶体的任意切。
我们以构造Pt(110)表为例,主要过程如下:第,import个晶格体系,在structure录可以选择metal/pure-metal,找到Pt的晶格件.倒后,我们可以看到Pt是fcc密堆结构。
第,选择build->cleavesurface.然后在cleaveplane对话框设定需要解理的晶指数,这我们选择110。
第三,选择layer的厚度,就在depth选择fraction,也就是重复的晶数,注意这不是周期数。
如果是三层的在depth设定6就好了。
没有把握的话,可以随便设定定depth值,cleave之后还可以根据厚度来recleave.第四,同样在build->crystal选项选择bulid->vacuumslab设定真空层厚度。
在这,我们设定真空层厚度为10A。
到这就差不多已经搞定Pt(110)表的构筑了。
构造完的Pt(110)表如下图所最后,我们可以File$\rightarrow$Export菜单把它导出成cif或者pdb件。
以pdb件为例,以下是导出的pdb件REMARKMaterialsStudioPDBfileREMARKCreated:SatOct2106:15:00PacificStandardTime2006CRYST13.9242.77525.26090.0090.0090.00P1ATOM1PT1MOL2-7.848-11.7720.0001.000.00PtATOM2PT1MOL2-7.848-7.8480.0001.000.00PtATOM3PT1MOL2-3.924-7.8480.0001.000.00PtATOM4PT1MOL2-3.924-3.9240.0001.000.00PtATOM5PT1MOL20.000-3.9240.0001.000.00PtATOM6PT1MOL20.0000.0000.0001.000.00PtATOM7PT1MOL2-7.848-9.8101.9621.000.00PtATOM8PT1MOL2-3.924-5.8861.9621.000.00PtATOM9PT1MOL20.000-1.9621.9621.000.00PtATOM10PT1MOL2-9.810-11.7721.9621.000.00PtATOM11PT1MOL2-5.886-7.8481.9621.000.00PtATOM12PT1MOL2-1.962-3.9241.9621.000.00PtTER可见,件中从第6列到第8列的坐标即为相应的Pt的直坐标,第三中的内容分别是基的长度和相对的夹。
MaterialStudio建模铁基块体非晶合金-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。
弄了好久,终于会构建石墨烯模型了,看了好多帖子,觉得写的不是很详细,对于刚入门的童靴来说,有些困难,所以特发此贴。
越简单的问题越容易被人忽略~1、打开materialstudio,新建一个工程,导入石墨graphite.msi(也可以自己build,然后添加原子)。
2、build->makep1(目的是消除对称性,这样才能够删除一层原子)。
3、删除一层原子(选中原子->delete)。
4、修改晶格参数:build->crystal->rebuildcrystal,设置方位角,,5、构建supercell(方便掺杂,也为了好看):build->symetry->supercell,构建一个5x5x1的超原胞。
构建好后,模型如下:。
materialsstudio操作手册摘要:1.MaterialsStudio简介2.MaterialsStudio操作手册内容概述3.操作手册的主要章节和内容4.如何获取和安装MaterialsStudio5.MaterialsStudio的基本操作和功能6.材料建模和模拟的流程7.常见问题和解决方案8.材料科学研究中的应用案例正文:MaterialsStudio是一款专业的材料科学研究软件,广泛应用于材料模拟、计算和数据分析等领域。
它提供了丰富的功能和工具,使得科研人员可以更加高效地进行材料研究和开发。
操作手册是MaterialsStudio的重要组成部分,它详细介绍了软件的使用方法和技巧。
操作手册的内容涵盖了MaterialsStudio的各个方面,包括软件的安装、界面操作、功能模块、材料建模和模拟等。
操作手册的主要章节包括:软件安装和配置、界面导航和基本操作、材料建模和模拟、数据处理和分析、脚本编写和自动化等。
在这些章节中,用户可以找到详细的操作步骤和实例,帮助他们更好地掌握MaterialsStudio的使用方法。
在获取和安装MaterialsStudio方面,用户需要先购买软件许可证,然后从官方网站下载软件安装包。
安装过程中需要按照提示进行操作,确保软件能够正确安装和运行。
MaterialsStudio的基本操作和功能包括:文件管理、界面导航、视图控制、选择和编辑等。
通过掌握这些操作,用户可以更加高效地进行材料研究和开发。
材料建模和模拟是MaterialsStudio的核心功能,它包括:材料结构输入、模拟参数设置、模拟过程监控、结果分析等。
用户需要按照流程进行操作,以获得准确的模拟结果。
在使用MaterialsStudio过程中,可能会遇到一些常见问题,如软件无法启动、模拟结果不准确等。
针对这些问题,操作手册提供了详细的解决方案,帮助用户排除故障。
以3用MSModeling制作slab模型结构图1,打开MSmodeling,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/Cleavesurface,4,在弹出的菜单中处理数据(i)在surfacebox界面下a)你所要做的表面,如[111];也就是将cleaveplane[hkl]修改成[111];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Orientationstandard选项改成U矢量沿x轴方向,V在xy平面(iii)在surfaceMesh的界面下修改U,V矢量。
如保持U不变,将V矢量修改成0.50.5-1原因:如下图所示为Pt(111)面A则A=U+2V=(0.5-0.50)+2(00.5-0.5)=(0.50.5-1),所以将V矢量修改为0.50.5-1.5,点击cleave,产生一个[111]的表面模型,6,在主菜单中的Build选择Crystals/BuildVaccumSlab7,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Createsupercell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。
3-1图AtomSelectionEdit点击1)计算并显示原子类型:→,如图所示弹出对话框,如图所示原子Fe,再点Select,此时所建晶胞中所有从右边的…的元素周期表中选择FeEdit→点击Edit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,Sets,如图所示,则,给原子集合设定一个名字。
这里设置为弹出对话框见图,点击New...FeFe”字样,再分配力场:视图中会显示“3DDiscover,从下拉列表中选择Setup,显示按钮在工具栏上点击Discover对话框,选择SetupTyping选项卡。
Typing选项卡图3-2DiscoverSetup对话框(分配)按钮进行AssignForcefield在types里选择相应原子力场,再点里的原子价态PropertiesProject原子力场分配。
注意原子力场中的价态要与Formalcharge)一致。
(力场的选择2Energy)1力场的选择:因为它代表着结构中每种类型的原子与围绕着它的力场是经典模拟计算的核心,原子是如何相互作用的。
用MaterialStudio构建复杂模型及转换成poscar的2种方法这里我介绍“用MaterialStudio构建稍微复杂的表面模型”。
比如我这里有个。
MaterialsStudio建模操作详细步骤(本原创)第2章MaterialsStudio建模2.1界常操作2.1.1MaterialsStudio的启动从Windows“启动”菜单中选择“程序”AccelrysMaterialsStudio4.0|MaterialsStudio。
如果在桌上有MaterialsStudio图标,也可以通过双击图标来启动MaterialsStudio。
在启动MaterialsStudio时,先会出现个所谓的欢迎界(WelcometoMaterialsStudio),必须创建个新的项或从对话框中载个已经存在的项。
注意:如果是第次打开MaterialsStudio,会看到个叫做MaterialsStudio件关联的对话框,如果出现这种情况,按照提点击OK按钮即可。
2.1.2创建项在欢迎界对话框上选择创建个新的项,然后点击OK。
然后会出现新建项对话框,选择要存储件的位置并且键“tiejifeijinghejin”作为件名,然后点击OK。
此时的项管理器如图2-1所:图2-1Project界MaterialsStudio对中持不好,命名时最好英字母,可以右击点Rename,进重命名。
2.1.3输出图像可以将3DAtomistic件显的图像作为位图输出,输出的图像可以包含到其它件中。
位图图像被存储为.bmp格式,可以使简单的位图编辑器如Windows的画图进编辑。
从菜单栏中选择File|Export...显Export对话框。
点击Exportastype本框右侧的选项箭头,从下拉列表中选择StructureBitmap(*.bmp)。
旦选择了位图格式,Options...按钮就被激活了。
点击Options...按钮以显BitmapExportOptions对话框。
HUNANUNIVERSITY《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MaterialsStudio操作界面(2)掌握MaterialsStudio的晶体结构建模操作(3)了解MaterialsStudio中CASTEP模块的基本知识(4)通过MaterialsStudio计算预测基本物性二设计设备PersonalComputerMSModeling5.5三设计内容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)(whatis:/)在MaterialsStudio中构建氯化钠(Sodiumchloride)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(PrimitiveCell)。
首先激活Build→BuildCrystal,在SpaceGroup项中选择225号空间群,在LatticeParameters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Figure1ThestructureofSodiumchloride在MatrialsStudio界面中,通过view→Explorer→PropertiesExplorer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ProjectExplorer和JobExplorer两个窗口。
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,涉及儿个步骤。
主要有:选择力场、抬定原子类型、计算或指定电荷、选择non-bondcutoffso在这些步骤中,指定原子类型和讣算电荷一般是自动执行的。
通常,原子定型IIIDiscover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。
再编辑集合,Sets,如图所示孙里岂更ZoomkrCtrl*Z,则,给原子集合设定一个名字。
这里设置为弹出对话框见图,点击New...FeFe"字样,再分配力场:视图中会显示“3D0Discover,从下拉列表中选择Setup,显示按钮在工具栏上点击Discover对话框,选择SetupTyping选项卡。
常见力场有COMPASS、CVFF和PCFF。
Select下拉菜单中有三个选项:①COMPASS力场:COMPASS力场是第一个把以往分别处理的有机分子体系的力场与无机分子体系的力场统一的分子力场。
COMPASS力场能够模拟小分子与高分子,一些金属离子、金属氧化物与金属。
在处理有机与无机体系时,采用分类别处理的方式,不同的体系采用不同的模型,即使对于两类体系的混合,仍然能够采用合理的模型描述。
②CVFF力场:CVFF力场全名为一致性价力场(consistantvalenceforcefield),最初以生化分子为主,适应于计算氨基酸、水及含各种官能团的分子体系。
其后,经过不断的强化,CVFF力场可适用于计算多肽、蛋白质与大量的有机分子。
此力场以计算系统的结构与结合能最为准确,亦可提供合理的构型能与振动频率。
③PCFF力场:PCFF为一致性力场,增加一些金属元素的力参数,可以模拟含有相应原子的分子体系,其参数的确定除大量的实验数据外,还需要大量的量子力学计算结果。
3非键的设置:非键作用力包括范德华力和库伦力。
这里将两者都选上,为的是后期做minimizer优化原子位置时精确度更高,因为考虑了作用力因素多,即两者都考虑了。
Summationmethod(模拟方法):①AtomBasedatombased基于原子的总量,包括一个原子的截断距离,一个原子的缓冲宽度距离;为直接计算法,即直接计算原子对之间的非键相互作用,当原子对超出一定距离(截断半径cutoffdistance)时,即认为原子对之间相互作用为零(注:cutoffdistance指范德瓦尔斯作用力和库仑力的范围,比如:设定截断半径为5,则表示已分子或原子中心为圆心,以5为半径作圆,半径以外的作用力都不考虑)。
此方法计算量较小,但是可能导致能量和其导数的不连续性。
当原子对间距离在CutOff半径附近变化时,由于前一步考虑了原子对之间的相互作用,而后一步不考虑,由此会导致能量发生跳跃。
当然,对于较小的体系,则可以设置足够大的Cutoff半径来保证所有的相互作用都被考虑进来。
②GroupBasedgroupbased基于电子群的,总量中包括一个原子的截断距离,一个原子的缓冲宽度距离;大多数的分子力场都包括了每个原子之间点电荷的库仑相互作用。
甚至在电中性的物种中也存在点电荷,例如水分子。
点电荷实际上反映了分子中不同原子的电负性。
在模拟中,点电荷一般是通过电荷平衡法(chargeequilibrium)评价或者力场定义的电荷来分配的。
当评价点电荷时,一定要小心不要在使用Cutoff技术时引入错误的单极项。
要了解到这一点,可以参看如下事实:两个单极,当只有1e.u.电荷时,在10A的位置上其相互作用大约为33Kcal;而对于由单位单极分离1A所形成的两个偶极,相同距离其相互作用能不超过0.3Kcal/mol。
很明显,忽略单极-单极相互作用会导致错误的结果,而忽略偶极-偶极相互作用则是适度的近似。
然而,如果单极相互作用处理不清的话,仍然会出问题。
当non-bondCutoff使用基于原子-原子基组时,就可能发生,会人为将偶极劈裂为两个“假”的单极(当一个偶极原子在Cutoff内,另一个在其外)。
这就不是忽略了相对较小的偶极-偶极相互作用,而是人为引入了作用较大的单极-单极相互作用。
为了避免这种人为现象,MaterialsStudio引入了在ChargeGroups之上的Cutoff。
一个“ChargeGroup”是一个小的原子基团,其原子彼此接近,净电荷为0或者接近于0。
在实际应用中,ChargeGroup一般是常见的化学官能团,例如羰基、甲基或者羧酸基团的净电荷接近于中性ChargeGroup。
ChargeGroup之间的距离为一个官能团中心到另一个官能团中心的距离R,Cutoff设置与AtomBased相类似。
③EwaldSummationEwald是在周期性系统内计算Non-bond的一种技术。
Ewald是计算长程静电相互作用能的一种算法。
Ewald加和方法比较合适于结晶固体。
原因在于无限的晶格内,Cutoff方法会产生较大的误差。
然而,此方法放也可以用于无定形固体和溶液体系。
④cellmultipolecellbased只能用于基于指定数量层。
一般情况下,基于Atom适合于孤立体系,对于周期性体系计算量较小,但是准确性较差;基于Group适合于周期性和非周期性体系,计算的准确性好一些,计算量最小;Ewald适合于周期性能体系,计算最为准确,但计算量最大。
Cutoffdistance(截断距离):指的是范德瓦尔斯作用力和库仑力的范围。
Splinewidth:Bufferwidth:缓冲宽度距离。
Setup其他选项保留默认设置即可。
4结构优化在工具栏上点击Discover按钮,然后选择Minimizer。
或者从菜单栏选择Modules|Discover|Minimizer。
显示DiscoverMinimizer对话框,可以进行几何结构优化计算。
注:优化前(Min),先查看所有原子是否都已分配力场,如果没有,可以手动添加,在PropertiesExplorer中双击Forcefieldtype,然后修改力场类型即可。
其次在Min之前,需要把晶体结构所有原子重新固定。
minimizer只是对结构进行优化,以达到能量最小化。
优化方法Mathod:最陡下降法(SteepestDescent)、共轭梯度法(ConjugateGradient)、牛顿方法(Newton)和综合法(SmartMinimizer)。
Convergencelevel:收敛精度水平。
Maximumiteration:最大迭代数。
Optimizecell选中的话表示优化晶胞参数和原子位置。
MSDiscover结构优化原理分子的势能一般为键合(键长、键角、二面角、扭转角等)和非键合相互作用(静电作用、范德华作用等)能量项的加和,总势能是各类势能之和,如下式:总势能=范德华非键结势能+键伸缩势能+键角弯曲势能+双面角扭曲势能+离平面振动势能+库伦静电势能+…除了一些简单的分子以外,大多数的势能是分子中一些复杂形势的势能的组合。
势能为分子中原子坐标的函数,由原子不同的坐标所得到的势能构成势能面(PotentialEnergySurface,PES)。
势能越低,构象越稳定,在系统中出现的机率越大;反之,势能越高,构象越不稳定,在系统中出现的机率越小。
通常势能面可得到许多极小值的位置,其中对应于最低能量的点称为全局最小值(GlobalEnergyMinimum),相当于分子最稳定的构象。
由势能面求最低极小值的过程称为能量最小化(EnergyMinimum),其所对应的结构为最优化结构(OptimizedStructure),能量最小化过程,亦是结构优化的过程。
通过最小化算法进行结构优化时,应避免陷入局部最小值(localminimum),也就是避免仅得到某一构象附近的相对稳定的构象,而力求得到全局最小值,即实现全局优化。
分子力学的最小化算法能较快进行能量优化,但它的局限性在于易陷入局部势阱,求得的往往是局部最小值,而要寻求全局最小值只能采用系统搜寻法或分子动力学法。
在MaterialsStudio的Discover模块中,能量最小化算法有以下四种:1)最陡下降法(SteepestDescent),为一经典的方法,通过迭代求导,对多变量的非线性目标函数极小化,按能量梯度相反的方向对坐标添加一位移,即能量函数的负梯度方向是目标函数最陡下降的方向,所以称为最陡下降法。
此法计算简单,速度快,但在极小值附近收敛性不够好,造成移动方向正交。
最陡下降法适用于优化的最初阶段。
2)共轭梯度法(ConjugateGradient),在求导时,目标函数下降方向不是仅选取最陡下降法所采用的能量函数的负梯度方向,而是选取两个共轭梯度方向,即前次迭代时的能量函数负梯度方向与当前迭代时的能量函数负梯度方向的线性组合。
此法收敛性较好,但对分子起始结构要求较高,因此常与最陡下降法联合使用,先用最陡下降法优化,再用共轭梯度法优化至收敛。