源资培训班课程-材料模拟计算介绍与应用
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无机晶体数据库，由美国材料信息学会发表 约有近180,000条数据
Crystallography Open Database(COD)
晶体开放数据库，250,000条分子晶体数据
Powder pattern
Coordination plots
Pauling
材料相图数据库 二元相图已经完成，多元相图仍在开发
MedeA® ——全功能材料设计与性质预测平台
目录
源资科技公司简介
计算材料学的研究背景
MedeA软件功能介绍
MedeA——材料设计及性质预测平台
创建模型
分子、晶体、表面、缺陷、界面、聚合物、无定型材料、纳米团簇、纳米管、孔 材料吸附分子、热固性材料结构等
多种数据库 计算引擎
ab initio QM – VASP Molecular dynamics – LAMMPS Monte Carlo – GIBBS Semi-empirical – MOPAC
MedeA——数据库
包含数据库：
ICSD
国际最权威的无机晶体数据库 约有近130,000条数据
每条数据包含的信息
Structures Lattice parameters Literature Data
Experimental setup Phase information
Pearson’s（免费提供）
计算模拟 分析性质
No
是否具有足够 的精确度？是 否符合推理？ 解决问题
Yes
材料模拟软件要求
创建各种模型
• 晶体、分子、纳 米团簇、表面、 界面、吸附、掺 杂、聚合物、无 定型材料等等
多种计算方法
• • • • 量子力学 分子动力学 蒙特卡洛模拟 半经验量化
结果分析便捷
• 直接获得多种理 化性质 • 可视化结果分析
MedeA® UNCLE (Universal Cluster Expansion)
UNCLE ——通用集团展开
在VASP的支撑下采用通用集团展 开式预测介观和微观尺度的材料稳 定性、空穴浓度、混合度、随机混 合能； 采用遗传算法，从问题集开始搜 索，进行选择、交叉等方法预测最 优子集，从而找到全局最优结构； 结合Monte Carlo算法，确保从小 尺度扩展到大尺度的计算时不损失 精度；
MedeA ®
全功能材料设计及性质预测平台
源资科技
目录
源资科技公司简介
计算材料学的研究背景
MedeA软件功能介绍
源资科技概况
源资信息科技（上海）有限公司成立于2008年5月， 目前公司主要经营和研发生命 科学与材料科学类学术专业软件、信息化管理系统和质量管理系统，同时提供从药物 发现到药物开发的完整解决方案。
国家自然科学基金委员会、中科院前沿科学与教育局、中国工程院化工、冶金与 材料工程学部等有关领导，以及王崇愚、陈立泉、吴以成、祝世宁、严纯华、李 言荣、南策文、李亚栋、薛群基、江东亮、谢毅等院士参加会议。
如何解决材料领域中的问题
明确研究课题 明确关键变量 推测机理 明确关键性质
确定所需精度
创建模型
借助软件完成
MedeA软件功能介绍
材料科学应用领域
新能源开发 环境污染 催化、石油化工
汽车、航空航天
电子工业 钢铁合金工业 玻璃陶瓷 。。。。。。。
现代材料科学的研究方法
计算材料学
计算材料学
加深对材料 的认识 对实验研究 的价值
• 探究材料结构 • 探究材料性质 • 探究反应机理 • 引导实验 • 理性设计实验 • 节省时间，降低成本
广泛应用于固体，表面、界面和分子等各种体系的研究 第一性原理量子力学与分子动力学计算模拟软件
以贋势与平面波基组为理论基础
支持多种泛函，如杂化泛函，范德华密度泛函等
可实现大规模高效并行运算
MedeA® VASP——量子力学
采用周期性边界条件(或超原胞模型)处理原子、分子、团簇、纳米 线(或管)、薄膜、晶体、准晶和无定性材料，以及表面体系和固体。
MedeA® VASP+MedeA® Electronics
MedeA® VASP—
精确的电子能带结构 Si有效质量数据（实验和MedeA ®）对比
MedeA® Electronics—
基础电子性质 费米面结构； 电子和空穴的有效质量； 电子输运性质（包括电 导、热导中的电子贡献、 霍尔系数、温差电势率 等）
结果数据需要下载 并使用第三方软件处理
某些性质需要结合第三方计 算软件
MedeA® VASP中的具体参数设置
MedeA ® -VASP结果数据自动返回
输入文件、 相关计算性质的 输出结果
输出结果汇总
26
MedeA® VASP——可视化结果分析
TiO2-锐钛矿晶胞电子密度、能带结构、态密度
27
MedeA® VASP——可视化结果分析
MedeA® VASP+MedeA® Mechanical Thermal
MedeA-MT模块专门用于计算各种体系 的力学和热力学性质。它既能够基于量 子力学VASP计算模块，也能基于分子 动力学LAMMPS计算模块进行性质预测。
确定弹性常数 通过弹性常数矩阵本征值分析晶体力学稳定 性 使用多种平均法计算体模量、剪切模量和杨 氏模量 计算声速和Debye温度 在Debye模型下，计算0-3000 K温度范围内的 热容、振动焓、熵、自由能、零点能、热膨胀 系数等热力学性质。
材料基因组计划——MGI
中国现状：
2011年，中国科学家就召开了香山会议，探讨中国版“材料基因组”计 划，随后中国工程院又做了相关调研，并形成了咨询报告。 2012年底，“材料科学系统工程发展战略研究—中国版材料基因组计划” 重大项目启动会在中国工程院召开。 2013年底， “中国先进功能材料基因组技术高峰论坛”在中国科学技术 大学召开。 2014年，“材料基因组论坛”先后在上海大学和西北工业大学召开春季 和秋季两场研讨会。 2015年，“2015新材料国际发展趋势高层论坛暨国际工程科技发展战略 高端论坛”在上海召开。
性质预测
Transition State Search – 过渡态搜索 Mechanical Thermal – 力学热力学性质 Phonon – 声子性质 Transport Properties – 输运性质
管理计算任务、传递输入输出数据 结果分析
几何性质、电子态密度、能带结构、电子和自旋密度、光学性质、力学性质、磁 学性质、费米面、声子色散谱及声子态密度、过渡态、势能面、动力学轨迹……
MedeA® LAMMPS——力场
有机分子、聚合物等
•OPLS-AA •PCFF •PCFF+ •COMPASS •CFF91 & CFF93 •CVFF •AUA-4 （仅用于Gibbs） •Stillinger-Weber •Tersoff •CVFF-AUG •Inorganic •BKS
MedeA® LAMMPS-Diffusion
计算指定原子的均方位移（MSD）
考察体系中指定成分的扩散动力学性质
MedeA® LAMMPS-Viscosity
计算纯液体和液体混合物在不同温度和压力下的粘度
MedeA® LAMMPS-Cohesive Energy Density
计算气体凝聚成液体时的内聚能密度
MedeA® VASP+MedeA® Phonon
MedeA Phonon模块用于热动力 学性质的预测。 基于MedeA-VASP模块使用。 声子色散谱 声子态密度 零点能 与温度相关的振动热容
与温度相关的振动焓、熵、自 由能 在布里渊区中心点对振动模式 进行对称性分析 预测IR和Raman光谱。
MedeA® LAMMPS——分子动力学轨迹
纳米水团簇（水滴）与纤维 素的相互作用 纳米水团簇（水滴）与聚丙 烯的相互作用
MedeA® LAMMPS相关性质预测模块
MedeA® LAMMPS-Thermal Conductivity
计算纯物质体相的热导率 考察界面效应、杂质、同位素纯度和纳米结构对体系热导率的影响
MedeA® LAMMPS-Surface Tension
公司规模
人数 40
90%以上硕士 50%以上资深销售
⒈
⒋
客户资源
高校、研究所 政府、医院 制药、化学化工企业 CRO
公司分布
上海总公司
北京分公司 广州分公司 香港运筹中心
⒉
⒊
公司产品
生命科学领域 材料科学领域 实验室信息管理 信息资讯与质量管理
纳百家精华，助天下英才
目录
源资科技公司简介
Байду номын сангаас
计算材料学的研究背景
Cu-Ag全局最优构象
MedeA® LAMMPS——分子动力学
Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator
广泛应用于气态、液态和固态材料力学、热力学、输运、 化学等性质预测。
基于力场的分子动力学模拟计算软件。 能够在各种系综下，模拟上百万的原子和分子体系（气 态、液态、固态）。 可实现大规模高效并行运算。
TiO2-锐钛矿晶胞差分电荷密度
3D/2D电荷密度差分图像
28
MedeA® VASP+MedeA® Transition State Search
在VASP支撑下确定过渡态的结构和能量
MedeA-TSS能够搜索到反应或扩散过程的过渡态，计算反 应或扩散能垒，能够给出整个反应路径动画轨迹及反应 能量曲线图。 提供了权威的过渡态搜索模块的默认设置，采用先粗后 精的方法使过渡态计算更快；对表面搜索过渡态的时间 加快了4-5倍 支持CI-NEB和dimer方法，提供过渡态搜索的有效流程； 使用梯度最小化进行最后结构优化 当与MedeA® Phonon模块结合时，可以获得反应速率和跳 跃速率与温度之间的函数关系。
MedeA® LAMMPS-EAM
嵌入原子法（Embedded Atom Method, EAM）力场模拟是一种 描述金属体系结构、力学性质、 热性质的有效方法。 支持计算多种金属体系的性质： 结构、缺陷的结构和能量、力学 性质及动力学性质（熔点等）。
半导体的力场
无机化合物的力场：沸石、氧化物等
材料基因组计划——MGI
“人类基因组”
美国：2011年启动投资超过5亿美元的“先进制 造业伙伴关系”（AMP）计划。“材料基因组 计划”作为AMP的一个重要组成部分，投资超 过一亿元。
核苷酸-基因-细胞 “材料基因组”
原子-分子-化合物
告别传统的“试错法” 研究方式。 利用计算模拟引导并 设计实验，加快先进 材料的生产周期。
几何性质 结构参数（键长、键角、晶格参数、 原子位置），稳定构型等 光学性质 介电函数，光导，吸收光谱， 反射率，折射率等 磁学性质 共线和非共线性磁性， 自旋轨道耦合 电子性质 电子态密度，能带结构，电荷密度 分布，电子局域化函数（ELF）等 表面性质 表面重构、缺陷等结构，表面能量， 表面吸附能等 从头分子动力学模拟 计算材料的激发态（GW准粒子修 正）
MedeA® VASP——用户体验
VASP
Linux系统下安装编译，
MedeA® VASP
入门门槛高
不能建模 编辑修改输入文件， 通过FTP上传、下载。
MedeA®
Windows/Linux系统下利用安 装光盘，安装编译方便 能够创建各种模型， 强大的数据库支持 VASP-GUI轻松设置计算参数 自动生成输入文件 结果数据自动返回到本地， 可直接查看并处理。 MedeA®-VASP与其他模块无 缝结合计算相关性质。 24
MedeA的架构
工作站
用 户 图 形 界 面
通过浏览器 管理任务
服务器
创建模型 可视化结果分析
计算模拟 性质预测
MedeA——通过网页管理任务
MedeA ——创建各种模型
界面 晶体 TiO2 表面 Graphene-SiC 分子： 聚合物： Rutile Rutile(110) Caffeine novolac (4x2) 无定型 材料： novolac 孔结构吸 附分子： 3400个 ZSM-5分 原子 子筛
NCD
金属晶体材料数据库 包括合金、金属间化合物、矿物等
MedeA——数据库
MedeA——Pauling数据库
Pauling Data File
MedeA——四大计算模块
量子力学——VASP 分子动力学——LAMMPS 蒙特卡洛——GIBBS 半经验量化——MOPAC
MedeA® VASP——量子力学
Crystallography Open Database(COD)
晶体开放数据库，250,000条分子晶体数据
Powder pattern
Coordination plots
Pauling
材料相图数据库 二元相图已经完成，多元相图仍在开发
MedeA® ——全功能材料设计与性质预测平台
目录
源资科技公司简介
计算材料学的研究背景
MedeA软件功能介绍
MedeA——材料设计及性质预测平台
创建模型
分子、晶体、表面、缺陷、界面、聚合物、无定型材料、纳米团簇、纳米管、孔 材料吸附分子、热固性材料结构等
多种数据库 计算引擎
ab initio QM – VASP Molecular dynamics – LAMMPS Monte Carlo – GIBBS Semi-empirical – MOPAC
MedeA——数据库
包含数据库：
ICSD
国际最权威的无机晶体数据库 约有近130,000条数据
每条数据包含的信息
Structures Lattice parameters Literature Data
Experimental setup Phase information
Pearson’s（免费提供）
计算模拟 分析性质
No
是否具有足够 的精确度？是 否符合推理？ 解决问题
Yes
材料模拟软件要求
创建各种模型
• 晶体、分子、纳 米团簇、表面、 界面、吸附、掺 杂、聚合物、无 定型材料等等
多种计算方法
• • • • 量子力学 分子动力学 蒙特卡洛模拟 半经验量化
结果分析便捷
• 直接获得多种理 化性质 • 可视化结果分析
MedeA® UNCLE (Universal Cluster Expansion)
UNCLE ——通用集团展开
在VASP的支撑下采用通用集团展 开式预测介观和微观尺度的材料稳 定性、空穴浓度、混合度、随机混 合能； 采用遗传算法，从问题集开始搜 索，进行选择、交叉等方法预测最 优子集，从而找到全局最优结构； 结合Monte Carlo算法，确保从小 尺度扩展到大尺度的计算时不损失 精度；
MedeA ®
全功能材料设计及性质预测平台
源资科技
目录
源资科技公司简介
计算材料学的研究背景
MedeA软件功能介绍
源资科技概况
源资信息科技（上海）有限公司成立于2008年5月， 目前公司主要经营和研发生命 科学与材料科学类学术专业软件、信息化管理系统和质量管理系统，同时提供从药物 发现到药物开发的完整解决方案。
国家自然科学基金委员会、中科院前沿科学与教育局、中国工程院化工、冶金与 材料工程学部等有关领导，以及王崇愚、陈立泉、吴以成、祝世宁、严纯华、李 言荣、南策文、李亚栋、薛群基、江东亮、谢毅等院士参加会议。
如何解决材料领域中的问题
明确研究课题 明确关键变量 推测机理 明确关键性质
确定所需精度
创建模型
借助软件完成
MedeA软件功能介绍
材料科学应用领域
新能源开发 环境污染 催化、石油化工
汽车、航空航天
电子工业 钢铁合金工业 玻璃陶瓷 。。。。。。。
现代材料科学的研究方法
计算材料学
计算材料学
加深对材料 的认识 对实验研究 的价值
• 探究材料结构 • 探究材料性质 • 探究反应机理 • 引导实验 • 理性设计实验 • 节省时间，降低成本
广泛应用于固体，表面、界面和分子等各种体系的研究 第一性原理量子力学与分子动力学计算模拟软件
以贋势与平面波基组为理论基础
支持多种泛函，如杂化泛函，范德华密度泛函等
可实现大规模高效并行运算
MedeA® VASP——量子力学
采用周期性边界条件(或超原胞模型)处理原子、分子、团簇、纳米 线(或管)、薄膜、晶体、准晶和无定性材料，以及表面体系和固体。
MedeA® VASP+MedeA® Electronics
MedeA® VASP—
精确的电子能带结构 Si有效质量数据（实验和MedeA ®）对比
MedeA® Electronics—
基础电子性质 费米面结构； 电子和空穴的有效质量； 电子输运性质（包括电 导、热导中的电子贡献、 霍尔系数、温差电势率 等）
结果数据需要下载 并使用第三方软件处理
某些性质需要结合第三方计 算软件
MedeA® VASP中的具体参数设置
MedeA ® -VASP结果数据自动返回
输入文件、 相关计算性质的 输出结果
输出结果汇总
26
MedeA® VASP——可视化结果分析
TiO2-锐钛矿晶胞电子密度、能带结构、态密度
27
MedeA® VASP——可视化结果分析
MedeA® VASP+MedeA® Mechanical Thermal
MedeA-MT模块专门用于计算各种体系 的力学和热力学性质。它既能够基于量 子力学VASP计算模块，也能基于分子 动力学LAMMPS计算模块进行性质预测。
确定弹性常数 通过弹性常数矩阵本征值分析晶体力学稳定 性 使用多种平均法计算体模量、剪切模量和杨 氏模量 计算声速和Debye温度 在Debye模型下，计算0-3000 K温度范围内的 热容、振动焓、熵、自由能、零点能、热膨胀 系数等热力学性质。
材料基因组计划——MGI
中国现状：
2011年，中国科学家就召开了香山会议，探讨中国版“材料基因组”计 划，随后中国工程院又做了相关调研，并形成了咨询报告。 2012年底，“材料科学系统工程发展战略研究—中国版材料基因组计划” 重大项目启动会在中国工程院召开。 2013年底， “中国先进功能材料基因组技术高峰论坛”在中国科学技术 大学召开。 2014年，“材料基因组论坛”先后在上海大学和西北工业大学召开春季 和秋季两场研讨会。 2015年，“2015新材料国际发展趋势高层论坛暨国际工程科技发展战略 高端论坛”在上海召开。
性质预测
Transition State Search – 过渡态搜索 Mechanical Thermal – 力学热力学性质 Phonon – 声子性质 Transport Properties – 输运性质
管理计算任务、传递输入输出数据 结果分析
几何性质、电子态密度、能带结构、电子和自旋密度、光学性质、力学性质、磁 学性质、费米面、声子色散谱及声子态密度、过渡态、势能面、动力学轨迹……
MedeA® LAMMPS——力场
有机分子、聚合物等
•OPLS-AA •PCFF •PCFF+ •COMPASS •CFF91 & CFF93 •CVFF •AUA-4 （仅用于Gibbs） •Stillinger-Weber •Tersoff •CVFF-AUG •Inorganic •BKS
MedeA® LAMMPS-Diffusion
计算指定原子的均方位移（MSD）
考察体系中指定成分的扩散动力学性质
MedeA® LAMMPS-Viscosity
计算纯液体和液体混合物在不同温度和压力下的粘度
MedeA® LAMMPS-Cohesive Energy Density
计算气体凝聚成液体时的内聚能密度
MedeA® VASP+MedeA® Phonon
MedeA Phonon模块用于热动力 学性质的预测。 基于MedeA-VASP模块使用。 声子色散谱 声子态密度 零点能 与温度相关的振动热容
与温度相关的振动焓、熵、自 由能 在布里渊区中心点对振动模式 进行对称性分析 预测IR和Raman光谱。
MedeA® LAMMPS——分子动力学轨迹
纳米水团簇（水滴）与纤维 素的相互作用 纳米水团簇（水滴）与聚丙 烯的相互作用
MedeA® LAMMPS相关性质预测模块
MedeA® LAMMPS-Thermal Conductivity
计算纯物质体相的热导率 考察界面效应、杂质、同位素纯度和纳米结构对体系热导率的影响
MedeA® LAMMPS-Surface Tension
公司规模
人数 40
90%以上硕士 50%以上资深销售
⒈
⒋
客户资源
高校、研究所 政府、医院 制药、化学化工企业 CRO
公司分布
上海总公司
北京分公司 广州分公司 香港运筹中心
⒉
⒊
公司产品
生命科学领域 材料科学领域 实验室信息管理 信息资讯与质量管理
纳百家精华，助天下英才
目录
源资科技公司简介
Байду номын сангаас
计算材料学的研究背景
Cu-Ag全局最优构象
MedeA® LAMMPS——分子动力学
Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator
广泛应用于气态、液态和固态材料力学、热力学、输运、 化学等性质预测。
基于力场的分子动力学模拟计算软件。 能够在各种系综下，模拟上百万的原子和分子体系（气 态、液态、固态）。 可实现大规模高效并行运算。
TiO2-锐钛矿晶胞差分电荷密度
3D/2D电荷密度差分图像
28
MedeA® VASP+MedeA® Transition State Search
在VASP支撑下确定过渡态的结构和能量
MedeA-TSS能够搜索到反应或扩散过程的过渡态，计算反 应或扩散能垒，能够给出整个反应路径动画轨迹及反应 能量曲线图。 提供了权威的过渡态搜索模块的默认设置，采用先粗后 精的方法使过渡态计算更快；对表面搜索过渡态的时间 加快了4-5倍 支持CI-NEB和dimer方法，提供过渡态搜索的有效流程； 使用梯度最小化进行最后结构优化 当与MedeA® Phonon模块结合时，可以获得反应速率和跳 跃速率与温度之间的函数关系。
MedeA® LAMMPS-EAM
嵌入原子法（Embedded Atom Method, EAM）力场模拟是一种 描述金属体系结构、力学性质、 热性质的有效方法。 支持计算多种金属体系的性质： 结构、缺陷的结构和能量、力学 性质及动力学性质（熔点等）。
半导体的力场
无机化合物的力场：沸石、氧化物等
材料基因组计划——MGI
“人类基因组”
美国：2011年启动投资超过5亿美元的“先进制 造业伙伴关系”（AMP）计划。“材料基因组 计划”作为AMP的一个重要组成部分，投资超 过一亿元。
核苷酸-基因-细胞 “材料基因组”
原子-分子-化合物
告别传统的“试错法” 研究方式。 利用计算模拟引导并 设计实验，加快先进 材料的生产周期。
几何性质 结构参数（键长、键角、晶格参数、 原子位置），稳定构型等 光学性质 介电函数，光导，吸收光谱， 反射率，折射率等 磁学性质 共线和非共线性磁性， 自旋轨道耦合 电子性质 电子态密度，能带结构，电荷密度 分布，电子局域化函数（ELF）等 表面性质 表面重构、缺陷等结构，表面能量， 表面吸附能等 从头分子动力学模拟 计算材料的激发态（GW准粒子修 正）
MedeA® VASP——用户体验
VASP
Linux系统下安装编译，
MedeA® VASP
入门门槛高
不能建模 编辑修改输入文件， 通过FTP上传、下载。
MedeA®
Windows/Linux系统下利用安 装光盘，安装编译方便 能够创建各种模型， 强大的数据库支持 VASP-GUI轻松设置计算参数 自动生成输入文件 结果数据自动返回到本地， 可直接查看并处理。 MedeA®-VASP与其他模块无 缝结合计算相关性质。 24
MedeA的架构
工作站
用 户 图 形 界 面
通过浏览器 管理任务
服务器
创建模型 可视化结果分析
计算模拟 性质预测
MedeA——通过网页管理任务
MedeA ——创建各种模型
界面 晶体 TiO2 表面 Graphene-SiC 分子： 聚合物： Rutile Rutile(110) Caffeine novolac (4x2) 无定型 材料： novolac 孔结构吸 附分子： 3400个 ZSM-5分 原子 子筛
NCD
金属晶体材料数据库 包括合金、金属间化合物、矿物等
MedeA——数据库
MedeA——Pauling数据库
Pauling Data File
MedeA——四大计算模块
量子力学——VASP 分子动力学——LAMMPS 蒙特卡洛——GIBBS 半经验量化——MOPAC
MedeA® VASP——量子力学