计算机在材料科学中的应用

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1、材料与化工学院《计算机在材料科学中的应用》课程论文论文题目:MaterialsStudio软件介绍姓名:专业班级:学号:授课教师:完成时间:2015年6月7日MaterialsStudio软件介绍【摘要】MaterialsStudio软件是Accelrys公司推出了当今世界最为先进的计算方法和模拟工具的一个软件。一方面利用该软件的强大功能，人们可以进行分子模拟和材料设计，可以对材料、化学等领域的一些重大问题进行深入的探索和提供理论支持，为推动材料学的进步做出一定的贡献。另一方面，利用该软件进行模拟计算可以消除外界环境以及人

2、为因素的影响，从而获得真实、可靠的数据，为设计新材料和确定实验研究方向提供指导。MaterialsStudio计算软件包，简称为MS软件，是一个多功能的计算模块软件。【关键词】：MaterialsStudio材料计算CASTEP模块一、模块介绍MaterialsStudio采用了大家非常熟悉的Microsoft标准用户界面，允许用户通过各种控制面板直接对计算参数和计算结果进行设置和分析。目前，MaterialsStudio软件包括如下功能模块：MaterialsVisualizer:提供了搭建分子、晶体及高分子材料结构模型

3、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及支持MaterialsStudio的其他产品。是MaterialsStudio产品系列的核心模块。Discover:MaterialsStudio的分子力学计算引擎。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。COMPASS: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经

4、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、振动以及热物理性质。第13页AmorphousCell: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。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

5、结果。模拟的图谱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。包括粉末衍射指标化及结构精修等工具。ReflexPlus: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PowderSolve技术。ReflexPlus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。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

6、）、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）。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、分子结构等，也可预测溶解度、蒸气压、配分函数、熔解热、混合热等性质。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

7、面和表面重构第13页的性质、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。二、CASTEP模块CASTEP，是MS中一个计算模块，其全称为CambridgeSequentialTotalEnergyPackage。CASTEP是以基于第一性原理的密度泛函理论为基础，CASTEP(CambridgeSequentialTotalEnergyPackage)是一个基于密度泛函方法的从头算量子力学程序。总能量包含动能、静电能和交

8、换关联能三部分，各部分能量都可以表示成密度的函数。电子与电子相互作用的交换和相关效应采用局域密度近似（LDA）和广义密度近似（GGA），静电势只考虑作用在系统价电子的有效势（即赝势：Ultrasoft或norm-conserving），电子波函数用平面波基组扩展（基组数由Ecut-off确定），电子状态