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Materials Studio
计算模拟平台
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Materials Studio
材料模拟计算平台
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产品简介

Materials Studio 材料模拟软件平台是全球最大的科研模拟软件公司Biovia的核心产品。在近20年的发展历程中,Materials Studio获得了来自全球多个顶尖科研机构的技术支持,历经23个版本的更新和升级,现已融合多种时、空间尺度的模拟方法,形成了一个包含16个工具包、22个功能模块,可实现从微观电子结构到宏观性能预测的跨尺度科学研究平台,是目前分子模拟领域最精确、最稳定、最高效的产品,在化工、环境、能源、制药、电子、食品、航空航天和汽车等工业领域和教育科研部门有着非常广泛的应用。

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​Materials Studio

Materials Studio材料模拟软件以可视化视窗界面为核心,主要包括量子力学模块、经典分子力学、动力学模块、介观动力学模块、蒙特卡洛方法模块、定量构效关系模块以及晶体形貌、结构预测模块。

可视化视窗界面
可视化视窗界面
01

Materials Studio的图形化界面,支持各种材料微观结构模型的搭建和计算结果可视化分析;

量子力学模块
量子力学模块
02

以定态薛定谔方程为核心,计算原子核满足特定排列时,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、热力学性质以及力学性质,精度高且几乎不依赖于任何经验参数,被广泛应用在各类材料的模拟研究中。

经典分子力学、动力学模块
经典分子力学、动力学模块
03

以各类力场(势函数)表征原子、离子及分子间相互作用,其中包含有大量基于实验数据或者量子力学方法的经验参数,所以,经典模拟方法具有非常高的效率,能够计算包含数千至数十万原子模型的相关性质,计算精度取决于势函数及参数的适用性。

介观动力学模块
介观动力学模块
04

“模型粗粒化”是介观模拟方法与其它模拟方法的一个显著区别。将通常模型中的若干个原子视为一个“珠子”,由珠子构成的结构模型称为“粗粒化模型”。介观模块采用各种势函数描述珠子间的相互作用,并研究珠子的分布、运动,分析各种分布所形成的拓扑形貌以及与运动相关的结构、动力学性质。

蒙特卡洛方法模块
蒙特卡洛方法模块
05

蒙特卡洛方法结合分子力场(势函数),在Materials Studio中被用来构建聚合物、溶液等无序结构模型,研究多孔材料、固体表面的气体分子吸附,搜索分子最优构象以及晶体结构。

Q&A
你想了解的问题
都在这里
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01.Materials Studio在高分子及其复合材料研究领域能做哪些方面的模拟工作?

Materials Studio中基于力场(势函数)的分子力学、动力学以及蒙特卡洛模块,包括介观动力学模块,可用于高效的搜索高分子的稳定构象,构建和表征高分子晶态或非晶态的结构和预测性质。

    (1)树脂如交联环氧树脂的配方设计和力学性能研究,热固性聚合物在玻璃态和橡胶态的结构与机械性能之间的关系
    (2)高分子材料的内聚能密度、玻璃化转变温度及共混行为及相分离形貌
    (3)阻隔包装材料中小分子的渗透扩散研究
    (4)复合材料的界面处的分布形态(密度场)及复合材料的杨氏模量、泊松比、热导率、透气率等宏观性质。


02.Materials Studio在纳米材料研究领域能做哪些方面的模拟工作?

Materials Studio软件平台中的量子力学方法和分子力学和动力学方法结合,可以研究纳米材料的微观结构及光、电、磁、力学及热力学相关的物理性质,化学反应活性以及自组装、外延生长机制进行研究。 

    (1)纳米材料如碳纳米管、石墨烯、硅纳米棒的电子结构的剪裁和控制
    (2)纳米材料的催化反应机理研究和化学反应过程的研究
    (3)纳米管机械性能,如在压缩、弯曲、拉伸载荷下的屈服模拟
    (4)纳米材料电子输运性能


03.Materials Studio在非金属领域能做哪些方面的模拟工作?

(1)搭建半导体晶体、缺陷、表界面、纳米材料颗粒结构

(2)半导体如钛酸钡、氧化钛、氧化锌、等过渡金属元素氧化物材料的掺杂缺陷结构的缺陷态、缺陷形成能、电子结构
(3)稀土发光材料等光学材料的光学性质及发光机理研究
(4)电池材料如锂电池的设计,筛选可提高电池性能的掺杂元素;离子在电池中的扩散和迁移能垒
(5)新型多孔材料的结构设计和确认;气体分离;吸附等温线 
(6)新型碳材料结构设计及性质研究
(7)硬材料如氧化硅、氧化铝、碳化硅、氮化硼的力学性质、电子结构、相变、相变路径、相变机制研究
(8)磁性材料如铁氧体的磁学性质研究


04.Materials Studio在金属领域能做哪些方面的模拟工作?

(1)搭建纯金属、合金、掺杂模型、位错、层错、孪晶、金属纳米颗粒结构

(2)合金配方设计和结构性质研究如:力学性质研究包括体弹性模量、杨氏模量泊松比;拉伸模拟研究得到抗拉强度;塑性变形(层错和孪晶);热力学性质;扩散迁移
(3)金属体系常压、高压结构的解析和预测;相变
(4)非晶合金,金属玻璃等非晶固体的形成机制;金属液体的结构与性质
(5)金属的腐蚀与防护
(6)金属(包括碱金属)体材料和薄膜材料的磁性研究;结构无序对磁性的影响
(7)金属纳米颗粒催化反应


05.材料基因组项目中分子模拟能做什么?

科学家想通过Materials Genome Initiative(MGI)项目,找出元素间的相互作用对材料的种类和性质带来的广泛影响,以这些知识为基础,希望以更短的周期为不同应用“定制”相应材料。已经促成的来自麻省理工学院的以研究电池为主的Materials Project项目和哈佛的以清洁能源为主的Clean Energy Project计划。二者均利用密度泛函理论(Density Functional Theory)收集巨型数据库来预测模拟物质的实际属性。

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