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Materials Studio 材料模拟计算平台

作者：北京创腾科技有限公司 2019-08-27T00:00 (访问量:7931)

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Materials Studio 是多尺度多功能分子模拟软件平台。它不仅拥有优异的操作界面，快捷实现模型搭建、参数设定以及结果的可视化分析，而且融合多种模拟方式，整合多达 23 个功能模块，实现从电子结构解析到宏达性能预测的全尺度科学研究。历经 18 年的发展，Materials Studio 变得更加完善，更加灵活，多种应用程序接口以及脚本编写功能的添加使其能够更好的满足各类用户的研究需求。其所拥有的超过 500 家用户涵盖材料、物理、化学、化工等多个领域，相关的研究工作在各类权威期刊上发表论文近两万篇。

  Materials Studio 模块介绍  

• Visualizer
Materials visualizer 是 Materials Studio 的图形化界面，也是整个平台的核心。
Visualizer 的功能包括：
      • 搭建、调酸类三维可视的结构模型，包括晶体、小分子、聚何物、纳米材料、团簇、表界面、各种缺陷结构以及电极模型7.0；结合 perl 脚本，枚举合金和空位结构8.0 ;
      • 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；
Visualizer 的特性包括：
      • 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；
      • 提供不规则多面体表面积、体积的计算工具。

■ 量子力学方法
量子力学方法（ Quantum Mechanics ）是一种能够对材料体系电子结构特点进行研究的方法，精度高且几乎不依赖于任何经验参数，因此被广泛应用在各类材料的模拟研究中。
半经验量子力学方法（ Semi - empirical Quantum Mechanics ）同样能够对材料体系电子结构特点进行研究，但是包含有更多的经验参数以及数学、物理近似，因此，计算效率相比于纯粹的量子力学更高，但是精度会略低。
量子力学以及半经验量子力学方法均以定态薛定谔方程为核心，计算原子核满足特定排列、堆积时，核外电子的空间、能量分布，并由此进一步得到体系的电学性质、磁学性质、光学性质、热力学性质、力学性质，所能研究的材料体系类型包括：各类晶体材料及可能的各种缺陷结构，各种维度的纳米材料，各种分子及团簇材料。量子力学方法最多能够计算数百原子模型的相关性质，而半经验量子力学方法能够计算数千原子的模型。
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＜肪法）；
      • VAMP （原子轨组合方法）

• Cantera
Cantera 是一款高速求解化学反应动力学的软件，程序基于求解化学反应速率方程，通过给定反应混合物的起始组分，可以预测产物混合物的组分。Cantera 适应多种类型体系的研究，包括研究均匀体系如搅拌均匀的反应容器 ；反应网络  ( networks of reactors )  以及一维的非均匀体系如火焰等。目前 Cantera 已经应用于包括燃烧如航天发动机燃烧室反应 ；煤燃烧污染物排放技术相关设计 ；石油化工中的裂解反应过程 ；核工业中氢气混合气在安全壳内的缓慢扩散燃烧设计 ；固定式燃气轮机和本生灯中的燃烧进程 ；爆炸反应 ； 酿造、抗生素和柴油生产中推测产物和操作条件等诸多的化学反应领域中。
  Cantera 的主要功能： 
平衡态计算
一维层流预混火焰模拟
连续搅拌反应釜反应模拟
平推流 / 活塞流反应器模拟
  Cantera 的主要特性： 
      • Cantera 自带的 Reaction Editor 功能允许用户自定义全新的或者编辑已有的化学碰机理表格
      • 支持直接调用 DMol3 模块计算未知反应的热动力学参数和速率参数，进而完备碰机理表格
      • 高效快速处理多组分多步的复杂反应
      • 支持脚本编辑功能，自定义软件功能
      • 支持直接调用 Visualizer 面板的后处理工具得到详细的结果信息图表

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