计算化学中软件的应用
Materials Studio软件在计算化学和计算材料学课程教学中的应用
Materials Studio软件在计算化学和计算材料学课程教学中的应用Materials Studio软件在计算化学和计算材料学课程教学中的应用随着计算机技术的不断发展，计算化学和计算材料学作为一门新兴的学科，正在逐渐成为现代化学和材料科学领域中不可或缺的重要组成部分。
然而，传统的实验室实践和理论课程往往无法满足学生对这些领域的深入理解和实践操作的需求。
为了满足学生的需求，教学方法需要与时俱进，将计算化学和计算材料学的理论知识和实践技能相结合。
Materials Studio软件是由Accelrys Inc.开发的一款强大的材料模拟和计算工具。
它集成了各种计算方法及相应的建模工具，可以用于材料的结构分析、能量计算、分子动力学模拟和材料性能预测等。
在计算化学和计算材料学的课程教学中，Materials Studio软件具有许多重要的应用。
首先，Materials Studio软件可以用于帮助学生理解材料的基本原理。
在材料物理和材料化学的课程中，学生需要了解原子和分子之间的相互作用以及材料的结构与性质之间的关系。
通过使用Materials Studio软件，学生可以通过实践操作模拟原子和分子之间的相互作用、结构的优化和材料的性质计算等，将课堂上的抽象概念变成真实可见的实验操作，从而更好地理解材料科学的基本原理。
其次，Materials Studio软件可以用于进行材料设计和优化。
在计算材料学的课程中，学生需要学习如何利用计算方法进行材料的设计和优化。
Materials Studio软件提供了多种材料建模和模拟工具，可以帮助学生进行材料的结构设计和性能优化。
例如，学生可以利用软件中的晶体建模工具来构建和优化各种材料的晶体结构，也可以利用分子动力学模拟工具来模拟材料的宏观性质。
通过这些实践操作，学生可以更好地理解和掌握计算材料学的方法和技巧，培养他们的创新能力和实践能力。
此外，Materials Studio软件还可以用于材料的性能预测和分析。
计算化学软件使用经验
� 优先使用当前作业所在文件系统。 � 可以跨文件系统存储读写文件（03不可以）
� 内存并非给得越多越好，需要综合考虑到计算的需要和硬 件水平，最有效率的方法是根据作业类型估算所需要内存 的大小。可以使用
“freqmem natoms nbasis r|u c|d functions”估算内存。 Functions可以使用%kjob=301来得到
� 计算特点： � CPU、内存要求高。特别是内存容量和内存带宽对性能影响较大 � 要求低通信延迟，其磁盘I/O相对较少
软件安装
� 编译器，BLAS，fftw，mpi，vasp&vtst � 步骤：
� 安装包解压 � cd vasp/src � 修改makefile，make 编译出vasp可执行文件
N3
MP4，QCISD(T)
O3V4
N2
N4
O3V4
N4
全CI（CPU）
((O+V)!/O!V!)2
对于小的体系，其计算成本差别是不大的，只有处理大
的体系时，其差别才显现出来。
10
使用经验——计算设置
� Route.Rou修改缺省使用核数，内存大小。 � 节点内采用openmp并行，效率较高。节点间采用Linda并
入比较容易保持对称性 3. 控制输出标准，可以简化输出，节省时间 4. 建立检查点文件 � 关于优化： 1. 先小基组优化，再大基组优化 2. 对于大体系，先固定优化一部分结构，再放开优化 3. 在结构出现震荡时，取出最低能量结构重新计算力场数，往往
很快得到优化结果。 4. 有些体系收敛不要求4个YES，如大体系（势能面比较平缓）只
计算化学软件使用经验
《2024年MaterialsStudio软件在计算化学和计算材料学课程教学中的应用》范文
《MaterialsStudio软件在计算化学和计算材料学课程教学中的应用》篇一一、引言随着计算机科学的快速发展，计算化学和计算材料学已经成为化学和材料科学领域的重要组成部分。
作为新兴的科研工具，MaterialsStudio软件为该领域提供了强大的技术支持。
在高校的教学中，如何有效结合MaterialsStudio软件，为学生提供理论与实践相结合的学习体验，已经成为一项重要的教学任务。
本文将探讨MaterialsStudio软件在计算化学和计算材料学课程教学中的应用。
二、MaterialsStudio软件简介MaterialsStudio是一款集成了多种计算化学和材料科学模拟方法的软件，它为科研人员提供了全面的建模、模拟和分析工具。
其核心功能包括量子化学计算、分子动力学模拟、第一性原理计算等，这些功能在化学、物理、材料科学等领域都有广泛应用。
三、MaterialsStudio软件在计算化学教学中的应用1. 增强学生对理论知识的理解：通过使用MaterialsStudio软件进行量子化学计算和分子模拟，学生可以更直观地理解化学反应的机理和分子间的相互作用力，从而增强对理论知识的理解。
2. 提高学生实验技能：利用MaterialsStudio软件进行虚拟实验，学生可以在没有实际实验条件的情况下进行实验操作，提高实验技能。
同时，软件提供的模拟结果可以帮助学生更好地理解实验结果。
3. 培养科研能力：通过使用MaterialsStudio软件进行科研课题的研究，学生可以了解科研的基本流程和方法，培养科研能力。
同时，学生可以将自己的研究成果与实际科研项目相结合，提高研究水平。
四、MaterialsStudio软件在计算材料学教学中的应用1. 帮助学生理解材料性能：通过使用MaterialsStudio软件进行材料性能的模拟和分析，学生可以更深入地理解材料的性能和结构之间的关系，从而为后续的材料设计和应用提供依据。
计算机在化学中的应用——利用MATLAB求解化学计算题
晋中学院本科毕业论文（设计）题目计算机在化学中的应用-利用MATLAB求解化学计算题院系化学化工学院专业化学姓名学号0909111113学习年限2009年9月至2013年7月指导教师申请学位学士学位2013年5 月15日计算机在化学中的应用——利用MATLAB求解化学计算题摘要：MATLAB是由美国Math works公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计计算环境。
它能有效地解决数值线性代数、数值逼近、最优化等科学和工程问题。
编制程序方便，求解化学计算题高效快速。
本文分别以结构、分析、化工三方面的典型例题，来说明MATLAB在化学中的应用。
关键词：MATLAB；化学计算题；计算应用；结构；分析；化工Applications of MATLAB in Chemistry—Use MATLAB SolvingChemical Calculation ProblemsAuthor’s Name：Lijiajia Tutor: DongtaoABSTRACT：MATLAB, released by the America Mathwoks Company, is the computing environment mainly in the face of scientific computing, visualization and interactive programming. It can efficiently solve problems in science and engineering such as numerical linear algebra, digital approximation, and optimization. It also has characters of convenient programming and efficiently and quickly solving chemical calculation problems. This paper will explain MATLAB in the application of chemistry by referencing typical examples about structural chemistry, analytical chemistry and chemical industry.KEYWORDS：MATLAB；Chemical calculation problems；Computing applications；Structural chemistry；Analytical chemistry ；Chemical industry目录1 MATLAB简介 (1)1.1MATLAB的简要发展 (1)1.2 MATLAB的功能介绍 (1)2 MATLAB在化学中的应用 (2)2.1 MATLAB在结构化学计算中的应用—休克尔分子轨道的计算 (2)2.2 MATLAB在分析化学中的应用—计算溶液的pH (3)2.2.1 一元强酸（碱）中H+的计算 (3)2.2.2 一元弱酸（碱）溶液pH的计算 (4)2.3 MATLAB在化工计算中的应用—解非线性方程（组） (6)2.3.1 解非线性方程 (6)2.3.2 解非线性方程组 (7)3结语 (8)注释 (9)参考文献 (10)致谢 (11)1 MALAB简介1.1MATLAB的发展历史MATLAB是Math works公司推出的适用于科学和工程计算的数学软件系统，MATLAB即Matrix（矩阵）和Laboratory（实验室）的简称，雏形是Cleve Moler教授为学生编写的用于Linspack和Eispack的接口程序。
计算机在化学化工中的应用技术
X射线衍射分析
通过测量X射线在晶体 中的衍射角度和强度， 研究物质晶体结构和化 学成分的分析方法。
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计算机在化学教育中的辅助作用
多媒体教学课件设计与制作
课件内容设计
结合化学教学大纲和实际需求，设计内容丰富、结构清晰 的课件，包括文字、图像、动画、视频等多媒体元素。
数据分析方法
运用统计学、机器学习等方法对数据进行探索性 分析和建模分析，提取有用信息并解释结果。
数据可视化
通过图表、图像等方式将数据直观地展现出来， 帮助用户更好地理解数据和分析结果。
计算机辅助色谱分析技术
色谱峰识别与定量计算
利用计算机图像处理技术自动识别色谱峰，并通过算法计算峰面 积、峰高等参数进行定量分析。
数据挖掘与分析
利用大数据技术对化学数据进行挖掘和分析，发现新的化学反应、 材料性能等规律。
个性化医疗与精准用药
通过分析患者的基因、代谢等数据，实现个性化医疗和精准用药。
量子计算对化学研究的推动作用
量子化学模拟
利用量子计算机模拟分子的量子力学行为，揭 示化学反应的本质和机理。
新材料设计
通过量子计算模拟，预测和设计具有特定性能 的新材料。
个性化教学策略实施
根据学生的认知特点和学习需求，采用个性化的教 学策略和方法，如分层教学、小组合作等，提高教 学效果和质量。
教学评价与反馈机制建立
建立完善的教学评价和反馈机制，及时了解 学生的学习情况和问题所在，调整教学策略 和方法，实现教学相长。
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计算机在化学研究中的前沿领域
人工智能在化学研究中的应用
交互功能实现
利用计算机编程技术，实现课件的交互功能，如学生答题、 教师批注、实时反馈等，提高课堂互动性和学生参与度。
计算化学在材料科学中的应用
计算化学在材料科学中的应用
一、引言
计算化学是研究分子和反应物的电子构型、电子间作用、倾向性和反应机理的一门科学。
材料科学是研究物质形态、性质和结构的科学，两者相结合可以为材料科学的发展提供有力的支持。
本文将讨论计算化学在材料科学中的应用。
二、量子化学
1.材料软件设计
材料软件设计是目前最流行的计算化学应用之一，它可以预测材料的物理、化学和机械性质。
计算机模拟可以模拟某种材料的行为和反应条件，从而优化其性能。
2.材料性质优化
计算化学可以大大影响材料的优化。
计算机模拟可以模拟材料的物理、化学和机械性质，评估材料的性能，为材料的设计和制备提供指导。
三、分子设计
1.药物设计
药物设计是利用分子设计的原理优化药物结构的一种方法。
利用计算化学可以模拟药物的作用机理和结果，为药物的优化提供指导。
2.材料表面制备
材料表面的制备是材料科学研究的重要方面。
计算化学可以模拟表面分子的排布，从而模拟表面结构和材料表面反应，为表面制备提供指导。
四、材料结构预测
1.材料结构分析
结构分析是研究材料结构和组成的一门科学。
计算化学可以模拟材料结构的各个方面，从而优化组成和结构，提高材料性能。
2.材料性能预测
性能预测是材料科学研究的一个重要部分。
计算化学可以预测材料的物理、化学和机械性质，为材料研究提供指导。
五、结论
综上所述，计算化学在材料科学中的应用十分广泛。
它可以预测材料的性质和结构，并为材料的设计和制备提供指导。
计算化学的发展必将促进材料科学的发展。
计算机在化学工程中的应用
计算机在化学工程中的应用摘要：进入21世纪，随着科学技术的飞速发展，电子计算机应用已经渗透到各学科的每一个领域之中，各学科的进一步发展对计算机的依赖程度越来越高，化学工程学科也不例外。
目前，计算机已经深入应用到化工模拟、计算化学和化工制图等化学工程学科的各个层面之中，对化学工程的发展起着巨大的促进推动作用。
化学工作者应该抓住机遇，在新时期努力学习计算机知识、熟练掌握计算机工具，将其应用到化工设计、化学计算中去，使化工学科能够更快更高地发展。
关键词：计算机；化学；化工；应用1引言自从电子计算机问世以来，人类生产活动的各个域都受到了计算机的广泛渗透，许多生产领域由计算机的介入，生产效率、科研成果取得了前所未有、令人瞩目的成绩。
化学化工领域也同样受到了它的惠顾，尤其近几十年来，计算机在化学化工领域中的应用更是有了突飞猛进的发展。
随着计算机技术和信息技术的发展日新月异，化学工程的研究中又增加了计算与计算机模拟的方法，它已经逐渐成为化学工程中最富有生命力的研究方法。
2计算机在化学工程中的应用2.1化工模拟2.1.1流程模拟化工过程流程模拟或流程模拟是根据化工过程的数据，诸如物料的压力、温度、流量、组成和有关的工艺操作条件、工艺规定、产品规格以及一定的设备参数，如蒸馏塔的板数、进料位置等，采用适当的模拟软件，将一个有许多个单元过程组成的化工流程用数学模拟描述，用计算机模拟实际生产过程，并在计算机上通过改变各种有效条件得到所需要的结果，其中包括最受关心的原材料消耗、公用工程消耗和产品、副产品的产量和质量等重要数据。
流程模拟就是在计算机上“再现”实际生产过程，由于这一“再现”过程比不涉及到实际装置的任何管线、设备及以能源的变动，因此给化工模拟人员最大的自由度，可以在计算机上任意进行不同方案和工艺条件的探讨、分析。
流程模拟式计算机技术在化工方面的最重要应用之一。
应用流程模拟系统不仅可以节省时间，也可节省大量资金和操作费用，提高产品质量和产量，降低消耗。
计算化学的软件工具和数据资源
计算化学的软件工具和数据资源计算化学是一种基于计算机科学的化学研究方法，它利用计算机模拟来预测化学物质的物理化学性质和反应机理。
随着计算机科学和化学研究的迅速发展，计算化学的应用已经得到广泛的推广和应用。
为了更加有效地使用计算化学方法，研究人员需要掌握一些计算化学的软件工具和数据资源，让我们一起来看看这些有用的工具和资源。
1. 分子模拟软件分子模拟软件是计算化学研究的核心工具。
它可以用来模拟分子的运动和反应，预测分子的结构、能量和性质。
常用的分子模拟软件有Gromacs、Amber、LAMMPS、CHARMM等。
这些软件通常需要一定的计算机编程技能，但是它们提供了很强的自由度和控制力，可以满足不同研究需求的要求，同时也是训练计算化学研究人员的基本技能。
2. 密度泛函理论软件密度泛函理论(DFT)是一种计算电子结构的方法，它可以用来预测分子的几何构型、电子能级和电荷分布等。
常用的DFT软件有Gaussian、VASP、Quantum ESPRESSO等。
这些软件通常需要一定的物理、数学和计算机科学知识，但是它们提供了很强的准确性和可靠性，可以用来研究很多重要的化学问题。
3. 虚拟筛选软件虚拟筛选软件是用来寻找化学药物和分子杂交物的软件工具。
它利用基于计算机的分子模拟和化学信息检索技术，可以从大规模化学库中筛选出具有特定生物活性的化合物。
常用的虚拟筛选软件有Autodock、Vina、Glide等。
这些软件允许研究人员进行高通量筛选和分子设计，可以大大提高化学药物和分子杂交物的研发速度和成功率。
除了这些软件工具之外，计算化学研究人员还需要掌握一些数据资源，这些数据资源可以用来支持计算化学研究的可靠性和准确性。
4. 化合物数据库和手册化合物数据库和手册是计算化学研究人员必备的资源之一。
它们收集了大量的化学结构、性质和反应信息，包括分子式、结构式、物理化学性质、毒性信息、化学反应机理等。
常用的化合物数据库和手册有Beilstein、PubChem、ChemSpider、EPA等。
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特点： 通过计算机进行图形绘制和空间分子模拟
，能给人增加真实感。
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GaussView基本功能的演示
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UltraEdit 是一套功能强大的文本编辑 如何使用UE编辑作器业： 以丙氨酸为例
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Gaussian作业的格式：以丙氨酸为例
作业名称，运行内存，运行核数 计算执行路径行，包括方法, 基组,任务类型 title部分，标识和说明作用 电荷和自旋多重度
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Gaussian 09 的简单介绍
程 序 界 点击此处即可上传作业 面面
计算执行 路径 标题行
电荷与 多重度
分子说明 部分
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返回主单 并运行
返回主菜单 保存
放弃任务
检查计算 执行路径
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举例
1.分子轨道 2.原子电荷
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1.如何查看分子轨道？
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分子说明部分
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Route Section（计算执行路径行）
Route Section主要由方法，基组，任务类型三部分组 成
1.方法的选择
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2.基组的选择
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3.Gaussian程序能完成的任务类 型
intrinsic reaction
coordinate内禀反应坐标
计算化学中 常用软件的简单介绍
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狭义：量子化学
什么是计算化学？
广义：计算化学是一门涉及多种学科的边缘学科
无机化学
有机化学 分析化学 物理化学 结构化学
软件 硬件
计算化学
化学
计算机科学
数 学
工程
数值分析 统计 运筹学
拓扑学
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石油化工 生化 药物
有机合成
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选矿 高温冶金 材料科学
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在UE中编辑输入文件时需要在计算执行路 径行加 pop=full 关键词
1，3 丁二烯
注意：计算结束后，输入命令 formchk xxx.chk xxx.fchk ，再用GaussieView打开fchk文
件
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1，3 丁二烯HOMO轨道
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1，3 丁二烯LUMO轨道
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计算过程
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计
计
确
算
算
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定
模
方
文
计
型
法
献
算
的
的
调
目
构
选
研
的
造
取
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5 计 算 结 果 的 分 析 和 整 理
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计算化学所需的条件
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GaussView 的简单介绍
GaussView是一个专门设计与高斯配套使用的软件。
其主要用途有两个:构建高斯的输入文件和
以图的形式显示高斯计算的结果 。
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2.如何查看原子电荷?
在UE中编辑输入文件时需要在计算执行路 径行加 pop=nbo 关键词（即NBO电荷分析）
猜想：如果此物质要和金 属配位，应该首会和哪个位 点配位呢？
Isatins
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实验给现象，理论供解释！
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谢谢大家！
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