MaterialsStudio软件辅助晶体结构教学-最新教育资料
materials studio操作手册
materials studio操作手册Materials Studio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Materials Studio 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Materials Studio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Materials Studio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Materials Studio，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Materials Studio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。
3. 根据需要输入所需的参数，如温度、压力、模拟时间等。
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Materials Studio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Materials Studio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。
Materials-Studio软件CASTEP模块知识分享
Logo
4
矿物晶体结构搭建
• （3）外部数据库导入结构
无机晶体学数据库ICSD
American Mineralogist Crystal Structure Database
可输入矿物名称、作者、化学元素、晶胞参数及对称性等关 键词查找，可直接获得.cif结构文件和XRD检测数据，还可 以预览3D模型。
Catalysts 催化剂 Ceramics 陶瓷 Glasses 玻璃 Metal-oxides 金属氧化物 Metals 金属 Minerals 矿物 Molecular-crystals 分子晶体 Nanotubes 纳米管
Organics 有机物 Polymers 聚合物 Repeat-units 重复单元 Semiconductors 半导体 Zeolites 沸石族
Logo
30
Company Logo
Thank you！
(r)
C ei(kG)r
G i,kG
赝势
Rc
有效的减少平面波数目
pseudo wave function pseudopotential
其合理性在于，采用赝势前后： 能量本征值不发生变化 价电子波函数在Rc外的分布
不变 在Rc处的电子波函数对数的
倒数不变化
只适用于周期性体系
Logo
15
K-S求解近似处理方法-赝势
Logo
24
Smearing
金属体系中，价电子较多，费米能级附近能量简并较多，轨道 间能量差很小，电子占据位置不确定，SCF振荡不收敛。Smearing 参数允许电子在所有轨道中按照指定的能量差ΔE 进行拖尾，类似 于物理上的热占位现象。此方法能够通过允许轨道驰豫而大大加速 SCF迭代的收敛速度。会导致虚轨道与占据轨道进行混合，因此， 会有一些轨道出现分数占位。
material-studio教程知识讲解
绘制苯甲酰胺分子
(3).将分子改变为球棍模型
在 Display Style 对话框 中进行详细操作
绘制苯甲酰胺分子
(4).绘制氧原子
在 Sketch Atom 的选项箭头下选择氧原子，以相同的 方法绘制氧原子。
(5).编辑原子类型
选中某个原子后，在Modify 菜单下的Modify Element 中选择Oxygen 来改变原子类型。 或者可以在Sketch 工具栏中选择Modify Element 按 钮来直接改变原子类型。
绘制苯甲酰胺分子
(7).调整氢原子并进行整理
✓ 可以通过程序自动加氢而不需要单独的为每个原子加上 合适的氢原子。
✓ 在 Sketch 工具栏上，单击Auto Hydrogen 按钮为结构 加入合适的氢原子。
✓ 按下Clean按钮修正结构的几何，这样结构中的键、键角 和扭转角都会变得具有化学合理性。
(1).打开一个新的研究表格文档 从 File 菜单中选择New，当打开对话框时选择Study Table Document 并单击OK。或在常规工具栏上选择New， 甚至可以在Project 对话框上单击右键选择New。
(2).将分子模型输入到研究表格中 从 Edit 菜单中选择Insert From 或者在常规工具栏上选 择Insert From 按钮。并选择要输入的相应文件进行输入。
绘制苯甲酰胺分子
(9).监控并且调整距离 ➢ 角度和扭转角的操作同上。 ➢ 完成后就可以使用 View | Explorers | Properties Explore 来查看所构造分子的信息了。 ➢ Properties Explore 可以自动显示所选对象的性质，包 括原子、键、分子以及距离、角度和扭转角等。 ➢ 可以在相应条目上双击鼠标左键进行改动，改变后的变 化会出现在结构上。
Materials studio
可以把Materials Visualizer作为一个单独的建模和分子图形
的软件包来运行。
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6.2 MS软件简介
模块
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Hale Waihona Puke 6.2 MS软件简介• Materials Visualizer
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6.1 程序安装
• 安装之前要做的工作
第一步，将MS软件安装包拷贝入电脑
第二步，安装程序
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6.1 程序安装
• 安装之前要做的工作
第一步，将MS软件安装包拷贝入电脑
第二步，安装程序
晶系
• 三方晶系与六方晶系类似。 • 等轴晶系 α = β = γ = 90度 a=b=c 包括如下点群： 23，m (-)3，－43m，
4 (-)3，m (-)3m
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本章内容
01 Materials Studio(MS)程序安装 02 MS的基本功能 03 三维晶体结构示意图 04 其他功能简介
模型、分析工具模拟和统计相关为一体容易使用的建模 环境。卓越的建立结构和可视化能力和分析、显示科学 数据的工具支持了这些技术。 –无论是使用高级的运算方法，还是简单地利用Materials Studio增强你的报告或演讲，你都可以感到自己是在用 的一个优秀的世界级材料科学与化学计算软件系统。
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中科大-Materials-Studio-培训教程-5(包你学会)请将这一系列全看完-一定有收获。精讲
从“开始” 或快捷图 标打 开MS。
找到class3， 按“打开”按 钮
输入AlAs，这将是 新的Project的名字。
在 Project Explorer中，右击根目录AlAs，选择New | 3D Atomistic Document。
1 eV=0.036749308 Ha=23.0605 kcal/mole=96.4853 kJ/mole
CASTAP几何优化任务
CASTAP几何优化任务允许改善结构的几何，获得稳定结构 或多晶型物。通过一个迭代过程来完成这项任务，迭代过程中 调整原子坐标和晶胞参数使结构的总能量最小化。
CASTAP几何优化是基于减小计算力和应力的数量级，直到 小于规定的收敛误差。也可能给定外部应力张量来对拉应力、 压应力和切应力等作用下的体系行为模型化。在这些情况下反 复迭代内部应力张量直到 与所施加的外部应力相等。
引言 本指南介绍了CASTEP是如何使用量子力学方法来确定材料的晶体结构，使用者
将学会如何构建晶体结构，设定一个CASTEP几何优化任务，然后分析计算结果。
内容 1. 构建AlAs的晶体结构 2. 设置并进行CASTEP计算 3. 分析结果 4. 比较计算的结构参数和实验数据
(1)图示电荷密度 (2)图示态密度和带结构
CASTAP动力学任务
CASTAP动力学任务允许模拟结构中原子在计算力的影响下将如何移动。
在进行CASTAP动力学计算以前，可以选择热力学系综和相应参数，定义模拟 时间和模拟温度。
选择热力学系综
对牛顿运动定律积分允许探索体系恒值能量表面（NVE动力学）。然而，在 体系与环境进行热交换条件下发生最本质的现象。使用NVT系综（或者是确定性 的Nosé系综或者是随机性的Langevin 系综）可模拟该条件。
Materials Studio 培训教程
Materials Studio 培训教目录Materials Studio 快速入门教程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 Visualizer 模块快速入门教程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11用第一性原理预测AlAs 的晶格参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36 CO 分子在Pd(110)表面的吸附⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯43Pd(110)面上的CO 分子电荷密度变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯55模拟CO_Pd(110)体系的STM 图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61使用DMol3 中的离域内坐标对固体进行几何优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯64 用LST/QST 搜索过渡态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯69气体在聚合体中扩散的测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯76聚合物与金属氧化物表面的相互作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯86计算共存相之间的界面张力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯96运行简单的MesoDyn 模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯99使用粉末衍射图进行分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯108指标化粉末衍射图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯117无机物的Rietveld 精修⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯125使用Reflex Plus 来解析3-氯-反-苯乙烯酸的结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133 无机化合物FIN31 的结构确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142创腾科技有限公司Neotrident Technology Limited 2Materials Studio 快速入门教程该教程将介绍Materials Studio 软件的基本功能，在这一部分，你将学到：1.生成Projects2.打开并且观察3D 文档3.绘制苯甲酰胺分子4.观察并且处理研究表格文档5.处理分子晶体：尿素6.建造Alpha 石英晶体7.建造多甲基异丁烯酸盐8.保存Project 并结束1. 生成Projects(1).运行Material Visualizer从运行菜单中运行或者在桌面点击快捷方式。
Materials-Studio教程
Materials Studio 实用指南目录Preface.前言专题1.COF晶胞的构建专题2.CMP模型的构建Reflex模块介绍Forcite模块介绍Sorption模块教程DFTB+模块介绍VAMP模块介绍DMol3模块介绍CASTEP模块介绍GULP模块介绍专题3.综合应用专题4 Materials Studio的安装与设置专题1. COF晶胞的构建在这一节，我们来了解一下如何用Materials Studio内的建模工具构建COF晶胞。
COF材料在近几年内获得了越来越多的关注，相关研究涉及的层面也越来越广泛。
但是从材料的构成来看，COF与其他高分子材料并无本质的不同，为什么COF就这么受到瞩目？因为COF材料是晶体材料。
如果一种材料是晶体材料，从理论角度说，通过研究其单个晶胞的性质，就可以推知该材料的宏观特性，从应用角度说，只要得到特征的XRD衍射线，就可以断定得到了预期的材料，且其结构与性质必定与具备相同XRD 谱线的同类样品完全一致，这是只有晶体材料才能具备的特性。
也正因为COF具备晶体材料的这些优良特性，才能被学术界如此看重。
COF材料的晶体属性为相关研究带来了相当广阔的发挥空间，但也对研究者提出了更高的要求，如果要在这一领域开展深入探索，不但要掌握合成方面的必要技能，还要对晶体的结构与性质具有一定程度的了解，最好还能够独立操作相关软件设计COF结构，构建COF晶体模型，并进行一些基本性质的计算。
在本专题，我们就如何用MS平台构建COF晶胞开展一些初步的探索，也算是回应COF材料带给我们的挑战的第一步。
COF材料最初由Yaghi小组合成，并发表在2005年的Science上。
在通篇文献中，我认为最引人注目的就是右边这张COF材料的结构模拟图。
在该文献支持信息中我们还会了解到，正文中涉及的COF结构均是由Cerius2软件完成——包括XRD谱图的解析，晶胞的构建以及结构优化——该软件是Materials Studio早期的Unix工作站版本，我们也可以把它看成是目前的Materials Studio的前身，两者主要模块及功能完全一致，所以我们可以肯定，用相对容易接触到的MS也肯定能完成相同的工作。
Materialsstudio
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6.2 MS软件简介
模块
• Materials Studio的中心模块是Materials Visualizer。它可以 容易地建立和处理图形模型，包括有机无机晶体、高聚物 、非晶态材料、表面和层状结构。Materials Visualizer也管 理、显示并分析文本、图形和表格格式的数据，支持与其 它字处理、电子表格和演示软件的数据交换。
晶系
四方晶系：a = b，
六方晶系：a = b，
α = β = γ = 90度
α = β = 90度，γ = 120度
包括七个点群：
包括七个点群：
4，-4，42，4/m，4mm， 6，-6，-62m，62，6/m，
-42m，4/mmm。
6m，6/mmm。
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Wuhan 序安装
• 安装之前要做的工作
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6.1 程序安装
• 安装之前要做的工作
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6.1 程序安装
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晶系
单斜晶系：轴长不等，α = γ = 90度，β 不等于90度。 包括三个点群：2，m，2/m。 斜方晶系：轴长不等， α = β = γ = 90度 包括三个点群： 222，mm，mmm。
利用material studio软件制作CaTiO3的晶体结构
2012级专业课程设计（Ⅱ）题目：利用material studio软件制作CaTiO3的晶体结构姓名：文美乐班级：应物1203 学号： 121410020322 指导教师：王会娴一、课程设计目的、意义目的：1. 根据课堂讲授内容，我们做相应的自主练习，便于消化课堂所讲解的内容。
2. 通过多次反复调试程序进而积累相应的经验。
3. 通过完成要求的课题，逐渐培养学生的编程能力，用计算机解决实际问题的能力。
意义：1. 有助于加深我们对操作软件MS的理解，通过课程设计，我们可以真正理解其应用方向，应用方法。
2. 有利于我们空间思维的锻炼，MS制图能直接有效地训练学生的立体思维、培养分析问题、解决问题能力。
即使是一个简单的空间绘图，依然需要学生有条不理的构思。
3. 有利于培养严谨认真的学习态度，在软件应用过程里，如果不够认真或细心，可能就无法得出正确的运行结果。
我们反复调试，反复修改的过程，其实也是对我们认真严谨治学的一个锻炼。
应用：1．MaterialsStudio 在晶体结构教学中的应用在涉及晶体结构的课程中，学生往往需要掌握晶体的结构和对称性，但单纯板书式教学对学生的理解作用不大，利用MaterialsStudio 的建模功能可以方便的建立各种晶体的三维模型，直观化的展示其结构和对称性等特点。
2．MS在能带结构计算中的应用固体中电子能带结构的计算是固体物理学的主要理论问题，晶体电子能带的理论计算方法很多，但对学生的知识结构要求很高，学生学习起来往往感到无从下手。
而只有让学生参与实际晶体的能带结构计算，学生对该部分内容的理解才更加深刻。
MaterialsStudio中的CASTEP模块可以完成此方面的内容。
CASTEP基于总能量的平面波赝势理论，运用原子数目和种类来预测和计算包括晶格参数、分子对称性、结构性质、能带结构、固态密度、电荷密度和波函数、光学性质。
由于避免了繁杂的理论推导，一般学生可以很快上手，把重点放到计算结果的分析和讨论上，激发了学生的学习兴趣。
Materials Studio 软件辅助晶体结构教学
0引言晶体的结构及其规律性是固体物理课程的重要组成部分,同时也是材料科学与基础、固体电子学等课程的重要基础内容[1-4]。
其所涉及的晶体结构复杂,概念、原理抽象,学生普遍反映难学、教师感觉难教。
鉴于晶体结构的教学对于后续课程内容的基础地位,如何激发学生学习这部分内容的兴趣进而提高教学效果,教师教学观念的转变、教学方法的改进以及先进教学手段的引入就显得尤为重要。
Materials Studio是一款功能强大,操作简便且可在一般PC机上运行的分子模拟软件[5]。
该软件不仅能方便地建立各种晶体的三维结构模型,还能计算和模拟晶体的X射线、中子及电子等粉末衍射图谱,进而确定晶体的结构[6-7]。
本文选取晶体结构教学中晶体的结构及其对称性、晶胞/原胞、晶面/晶向、X射线衍射等概念及原理,使用Materials Studio分子模拟软件对这些知识点、概念及原理进行了可视化及具体的计算分析,以期为提高晶体结构的教学效果提供参考。
1Materials Studio(MS)软件应用1.1直观显示晶体结构,加深对晶体对称性的认识图1YBa2Cu3O7晶体的结构从MS软件菜单命令File→Import→Structure中导入不同的晶体结构,图1给出了超导体YBa2Cu3O7的晶体结构,向学生直观、生动形象地展示了YBa2Cu3O7晶体的3D结构,以开阔学生的视野;通过旋转、移动、缩放所建晶体结构,使学生从不同角度观察认识所建的晶体结构及其对称性;再从菜单命令Build→Show Symmetry→Symmetry Group,向学生讲解菜单对话框中各种符号的含义,加深学生对晶体对称性的认识。
1.2晶胞、原胞的区别晶胞与原胞是晶体学中两个重要且易混淆的概念。
在教学中一般告诉学生原胞是晶体中最小的周期性重复单元,而晶胞是晶体最小周期性重复单元的几倍。
多数教材此处是以简立方、体心立方、面心立方结构为例向学生说明原胞、晶胞的区别[1-3]。
Material Studio建模学习资料
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-bond cutoffs。
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。
3-1图Atom SelectionEdit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Fe Edit →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...Fe Fe”字样，再分配力场：视图中会显示“3D Discover ，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3-2 Discover Setup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Properties Project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。
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。
Materials Studio软件辅助晶体结构教学
Materials Studio软件辅助晶体结构教学作者：付志粉来源：《科技视界》2015年第32期【摘要】针对晶体结构教学中概念抽象、理论性强的特点，本文将Materials Studio分子模拟软件引入到晶体结构的具体教学过程中，介绍了在晶体结构教学中使用Materials Studio分子模拟软件对晶体结构相关概念、基本原理进行可视化及计算分析的一些具体做法，并对计算软件辅助理论课堂教学的模式进行了探讨。
实践表明，使用Materials Studio分子模拟软件辅助晶体结构教学可使抽象难懂的教学内容直观化、动态化，易被学生理解和接受，能够激发学生的学习兴趣，提高课堂教学效果。
【关键词】分子计算模拟软件；Materials Studio；晶体结构0 引言晶体的结构及其规律性是固体物理课程的重要组成部分，同时也是材料科学与基础、固体电子学等课程的重要基础内容[1-4]。
其所涉及的晶体结构复杂，概念、原理抽象，学生普遍反映难学、教师感觉难教。
鉴于晶体结构的教学对于后续课程内容的基础地位，如何激发学生学习这部分内容的兴趣进而提高教学效果，教师教学观念的转变、教学方法的改进以及先进教学手段的引入就显得尤为重要。
Materials Studio是一款功能强大，操作简便且可在一般PC机上运行的分子模拟软件[5]。
该软件不仅能方便地建立各种晶体的三维结构模型，还能计算和模拟晶体的X射线、中子及电子等粉末衍射图谱，进而确定晶体的结构[6-7]。
本文选取晶体结构教学中晶体的结构及其对称性、晶胞/原胞、晶面/晶向、X射线衍射等概念及原理，使用Materials Studio分子模拟软件对这些知识点、概念及原理进行了可视化及具体的计算分析，以期为提高晶体结构的教学效果提供参考。
1 Materials Studio （MS）软件应用1.1 直观显示晶体结构，加深对晶体对称性的认识从MS软件菜单命令File→Import→Structure中导入不同的晶体结构，图1给出了超导体YBa2Cu3O7的晶体结构，向学生直观、生动形象地展示了YBa2Cu3O7晶体的3D结构，以开阔学生的视野；通过旋转、移动、缩放所建晶体结构，使学生从不同角度观察认识所建的晶体结构及其对称性；再从菜单命令Build→Show Symmetry→Symmetry Group，向学生讲解菜单对话框中各种符号的含义，加深学生对晶体对称性的认识。
Materials-Studio培训学习教程资料
Materials-Studio培训学习教程资料MaterialsStudio 培训学习教程资料在当今科技迅速发展的时代，材料科学的研究和应用变得越来越重要。
而 MaterialsStudio 作为一款功能强大的材料模拟软件，为科研人员和工程师提供了有力的工具。
对于想要深入学习和掌握这款软件的人来说，一套系统全面的培训学习教程资料是必不可少的。
首先，我们来了解一下 MaterialsStudio 软件的基本情况。
它涵盖了众多的模块，能够对材料的结构、性能、热力学等方面进行精确的模拟和分析。
无论是在化学、物理、材料科学还是工程领域，都有着广泛的应用。
那么，一份好的 MaterialsStudio 培训学习教程资料应该包含哪些内容呢？基础知识部分是重中之重。
这包括软件的安装与配置，让学习者能够顺利地在自己的电脑上搭建起学习和工作的环境。
同时，要详细介绍软件的界面和操作流程，让初学者能够快速熟悉各个功能区域和操作按钮。
对于材料结构的建模，教程资料应当有清晰的步骤和示例。
从简单的晶体结构构建，到复杂的分子体系建模，都要逐步引导学习者掌握。
并且，要讲解如何优化模型结构，以获得更准确的计算结果。
在性能计算方面，要涵盖诸如能带结构、态密度、光学性质等重要内容。
通过实际案例，演示如何设置计算参数，解读计算结果，并分析材料的性能特点。
热力学性质的计算也是不可忽视的一部分。
比如，相图的绘制、热膨胀系数的计算等，这些内容对于研究材料的稳定性和相变过程具有重要意义。
除了理论知识和操作方法，实际案例的分析也是教程资料的关键组成部分。
通过实际的科研项目或工程应用案例，让学习者能够看到MaterialsStudio 在解决实际问题中的强大能力。
同时，也能帮助他们更好地理解和运用所学的知识。
为了让学习者更好地掌握所学内容，教程资料还应当配备相应的练习和作业。
这些练习可以是针对某个具体知识点的小题目，也可以是综合性的项目，让学习者在实践中巩固和提高。
Materials-Studio教程
Materials Studio 实用指南目录Preface.前言专题1.COF晶胞的构建专题2.CMP模型的构建Reflex模块介绍Forcite模块介绍Sorption模块教程DFTB+模块介绍VAMP模块介绍DMol3模块介绍CASTEP模块介绍GULP模块介绍专题3.综合应用专题4 Materials Studio的安装与设置专题1. COF晶胞的构建在这一节，我们来了解一下如何用Materials Studio内的建模工具构建COF晶胞。
COF材料在近几年内获得了越来越多的关注，相关研究涉及的层面也越来越广泛。
但是从材料的构成来看，COF与其他高分子材料并无本质的不同，为什么COF就这么受到瞩目？因为COF材料是晶体材料。
如果一种材料是晶体材料，从理论角度说，通过研究其单个晶胞的性质，就可以推知该材料的宏观特性，从应用角度说，只要得到特征的XRD衍射线，就可以断定得到了预期的材料，且其结构与性质必定与具备相同XRD 谱线的同类样品完全一致，这是只有晶体材料才能具备的特性。
也正因为COF具备晶体材料的这些优良特性，才能被学术界如此看重。
COF材料的晶体属性为相关研究带来了相当广阔的发挥空间，但也对研究者提出了更高的要求，如果要在这一领域开展深入探索，不但要掌握合成方面的必要技能，还要对晶体的结构与性质具有一定程度的了解，最好还能够独立操作相关软件设计COF结构，构建COF晶体模型，并进行一些基本性质的计算。
在本专题，我们就如何用MS平台构建COF晶胞开展一些初步的探索，也算是回应COF材料带给我们的挑战的第一步。
COF材料最初由Yaghi小组合成，并发表在2005年的Science上。
在通篇文献中，我认为最引人注目的就是右边这张COF材料的结构模拟图。
在该文献支持信息中我们还会了解到，正文中涉及的COF结构均是由Cerius2软件完成——包括XRD谱图的解析，晶胞的构建以及结构优化——该软件是Materials Studio早期的Unix工作站版本，我们也可以把它看成是目前的Materials Studio的前身，两者主要模块及功能完全一致，所以我们可以肯定，用相对容易接触到的MS也肯定能完成相同的工作。
Materials Studio 培训教程
Materials Studio 培训教目录Materials Studio 快速入门教程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 Visualizer 模块快速入门教程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11用第一性原理预测AlAs 的晶格参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯36 CO 分子在Pd(110)表面的吸附⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯43Pd(110)面上的CO 分子电荷密度变化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯55模拟CO_Pd(110)体系的STM 图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯61使用DMol3 中的离域内坐标对固体进行几何优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯64 用LST/QST 搜索过渡态⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯69气体在聚合体中扩散的测量⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯76聚合物与金属氧化物表面的相互作用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯86计算共存相之间的界面张力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯96运行简单的MesoDyn 模拟⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯99使用粉末衍射图进行分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯108指标化粉末衍射图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯117无机物的Rietveld 精修⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯125使用Reflex Plus 来解析3-氯-反-苯乙烯酸的结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯133 无机化合物FIN31 的结构确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142创腾科技有限公司Neotrident Technology Limited 2Materials Studio 快速入门教程该教程将介绍Materials Studio 软件的基本功能，在这一部分，你将学到：1.生成Projects2.打开并且观察3D 文档3.绘制苯甲酰胺分子4.观察并且处理研究表格文档5.处理分子晶体：尿素6.建造Alpha 石英晶体7.建造多甲基异丁烯酸盐8.保存Project 并结束1. 生成Projects(1).运行Material Visualizer从运行菜单中运行或者在桌面点击快捷方式。
《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、引言随着科技的进步和计算机性能的飞速提升，计算化学和计算材料学已成为化学、材料科学等学科领域中不可或缺的辅助研究工具。
Materials Studio软件作为一款功能强大的计算模拟软件，在科研和教学领域都得到了广泛的应用。
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，分析其在教学中的优势和挑战，并提出相应的建议。
二、Materials Studio软件概述Materials Studio是一款集成了多种计算模拟方法的软件，能够模拟各种材料的行为，如分子动力学、量子力学、多尺度模型等。
通过Materials Studio软件，教师和学生可以在教学过程中开展研究，帮助学生理解和掌握材料学中的理论和方法。
该软件提供了直观的用户界面，使研究人员可以轻松构建和操作三维结构模型，并执行各种模拟和分析任务。
三、Materials Studio在计算化学教学中的应用1. 理论教学：在计算化学课程中，教师可以利用Materials Studio软件展示分子结构和性质，帮助学生理解量子力学原理和分子间相互作用。
通过软件的模拟功能，学生可以直观地观察分子的电子云分布、键能等性质。
2. 实验辅助：Materials Studio软件可以模拟实验过程和结果，帮助学生更好地理解实验原理和操作方法。
例如，通过模拟化学反应过程，学生可以了解反应机理和反应条件对产物的影响。
3. 实践项目：教师可以引导学生使用Materials Studio软件进行课题研究，如设计新型材料、优化合成条件等。
通过实践项目，学生可以加深对计算化学理论和方法的理解，提高实践能力。
四、Materials Studio在计算材料学教学中的应用1. 材料结构分析：通过Materials Studio软件，学生可以分析材料的微观结构、原子间的相互作用等。
MaterialsStudio软件辅助晶体结构教学-最新教育资料
Materials Studio 软件辅助晶体结构教学i=r晶体的结构及其规律性是固体物理课程的重要组成部分，时也是材料科学与基础、固体电子学等课程的重要基础内容[1-4] 。
其所涉及的晶体结构复杂，概念、原理抽象，学生普遍反映难学、教师感觉难教。
鉴于晶体结构的教学对于后续课程内容的基础地位，如何激发学生学习这部分内容的兴趣进而提高教学效果，教师教学观念的转变、教学方法的改进以及先进教学手段的引入就显得尤为重要。
Materials Studio 是一款功能强大，操作简便且可在一般PC 机上运行的分子模拟软件[5]。
该软件不仅能方便地建立各种晶体的三维结构模型，还能计算和模拟晶体的X 射线、中子及电子等粉末衍射图谱，进而确定晶体的结构[6-7] 。
本文选取晶体结构教学中晶体的结构及其对称性、晶胞/原胞、晶面/晶向、X射线衍射等概念及原理，使用MaterialsStudio 分子模拟软件对这些知识点、概念及原理进行了可视化及具体的计算分析，以期为提高晶体结构的教学效果提供参考。
1 Materials Studio (MS 软件应用1.1直观显示晶体结构，加深对晶体对称性的认识中导入不同从MS软件菜单命令File f Import f Structure的晶体结构，图1给出了超导体YBa2Cu3O7勺晶体结构，向学生直观、生动形象地展示了YBa2Cu3O7l体的3D结构，以开阔学生的视野；通过旋转、移动、缩放所建晶体结构，使学生从不同角度观察认识所建的晶体结构及其对称性；再从菜单命令Build fShow SymmetryfSymmetry Group，向学生讲解菜单对话框中各种符号的含义，加深学生对晶体对称性的认识。
1.2晶胞、原胞的区别晶胞与原胞是晶体学中两个重要且易混淆的概念。
在教学中一般告诉学生原胞是晶体中最小的周期性重复单元，而晶胞是晶体最小周期性重复单元的几倍。
多数教材此处是以简立方、体心立方、面心立方结构为例向学生说明原胞、晶胞的区别[1-3] 。
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Materials Studio 软件辅助晶体结构教学
i=r
晶体的结构及其规律性是固体物理课程的重要组成部分，时也是材料科学与基础、固体电子学等课程的重要基础内容
[1-4] 。
其所涉及的晶体结构复杂，概念、原理抽象，学生普遍反映难学、教师感觉难教。
鉴于晶体结构的教学对于后续课程内容的基础地位，如何激发学生学习这部分内容的兴趣进而提高教学效果，教师教学观念的转变、教学方法的改进以及先进教学手段的引入就显得尤为重要。
Materials Studio 是一款功能强大，操作简便且可在一般PC 机上运行的分子模拟软件[5]。
该软件不仅能方便地建立各种晶体的三维结构模型，还能计算和模拟晶体的X 射线、中子及电子等粉末衍射图谱，进而确定晶体的结构
[6-7] 。
本文选取晶体结构教学中晶体的结构及其对称性、晶胞/
原胞、晶面/晶向、X射线衍射等概念及原理，使用Materials
Studio 分子模拟软件对这些知识点、概念及原理进行了可视化及具体的计算分析，以期为提高晶体结构的教学效果提供参考。
1 Materials Studio (MS 软件应用
1.1直观显示晶体结构，加深对晶体对称性的认识
中导入不同从MS软件菜单命令File f Import f Structure
的晶体结构，图1给出了超导体YBa2Cu3O7勺晶体结构，向学生直观、生动形象地展示了YBa2Cu3O7l体的3D结构，以开阔学
生的视野；通过旋转、移动、缩放所建晶体结构，使学生从不同角度观察认识所建的晶体结构及其对称性；再从菜单命令
Build fShow SymmetryfSymmetry Group，向学生讲解菜单对话框中各种符号的含义，加深学生对晶体对称性的认识。
1.2晶胞、原胞的区别
晶胞与原胞是晶体学中两个重要且易混淆的概念。
在教学中一般告诉学生原胞是晶体中最小的周期性重复单元，而晶胞是晶
体最小周期性重复单元的几倍。
多数教材此处是以简立方、体心
立方、面心立方结构为例向学生说明原胞、晶胞的区别[1-3] 。
有了MS软件以后，可以扩充到其它结构的晶体。
以图2给出的
Si的晶体结构为例来说明原胞与晶胞的区别。
从MS软件点击菜
单命令File f Import f Structure f Semic on ductor f Si，导入
的结构即为Si 的晶胞结构（也叫惯用原胞，单胞），接着点击菜单Build fSymmetryfPrimitive Cell ，即可得到该晶体的原
胞，点击菜单Build fSymmetryfConventional Cell ，可在Si
晶体的晶胞和原胞间进行转换。
引导学生得出以下结论：晶胞所在重复单元体积大于原胞所在单元的体积；一个晶胞中可包含多个原子（一个Si 晶胞中包含8 个原子），而一个原胞中一般仅含一个原子；晶胞的对称性程度高于原胞的。
1.3晶面、晶向概念的引入
以Cu晶体结构为例，在一个新的3D文档中导入金属Cu的
晶体结构，建立Cu晶体的超胞结构，显示该晶体在不同平面上
及不同方向上原子的排列情况，使学生首先对晶体的周期性结构
有一个直观的认识，接着向学生演示Cu晶体可看成是由一系列
分布在（100）、（110）或（111）等相互平行等距的晶面上的
原子构成，或看成是由一系列分布在[100] 、[110] 或[111] 等相互平行等距的直线系上的原子构成，由此引出晶面及晶向的定
义。
经过作者近几年的课堂教学效果表明这种引入晶面、做法，
晶向的教师容易讲解清楚，学生也更容易接受。
1.4帮助理解晶体X 射线衍射原理
教学中在讲授完晶体X射线衍射的基本原理后，利用MS软
件自带的Reflex模块计算已知晶体的X射线衍射谱并进行结构分析，以加深学生对X射线衍射原理及晶体结构的认识。
具体操作步骤如下：（1）导入要计算衍射谱的晶体结构点击
File f Import f Structure ; (2)点击Modules—Reflex f Power
Diffraction fCalculate 即可得到所导入晶体的X 射线衍射图谱。
为了增强教学效果，教师可布置课后作业，让学生课后亲自参与计算不同种类晶体的X射线衍射谱，并与文献资料中的实验
数据对照进行结构分析。
图3利用MS软件计算的BaTiO3晶体
的X 射线衍射图谱。
图3利用MS软件计算的BaTiO3晶体的X射线衍射图谱
2 结束语
在晶体结构教学过程中使用Materials Studio 分子模拟软件，使原本复杂的晶体结构，抽象的概念及原理变得直观且易于
理解，这种借助计算软件辅助理论教学的方式不仅节约了课堂时间，丰富了教学内容，更重要的是激发了学生对教学内容的兴趣, 增强了其求知欲和创新精神。
随着科学技术的发展，新材料、新结构不断出现，分子模拟软件也在更新换代，借助计算软件辅助
晶体结构教学还有许多可探索的空间，有必要不断优化晶体结构的教学资源，以进一步提高教学质量。