材料模拟 首页解决方案材料模拟

        Materials Studio 是全尺度材料模拟平台。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法,整合多达23 个功能模块,实现从电子结构解析到宏观性能预测的全尺度科学研究。历经13 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。其所拥有的近400 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过万篇。 下列解决方案可应用于石油石化、化工、环境、能源、冶金、电子及半导体工业、航空航天以及汽车制造等相关的材料科学领域。

  • 一、金属材料研究解决方案

    Materials Studio可以对各种纯金属及其合金所形成的块体材料和膜材料进行模拟。 

    (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
     
    主要相关模块Visualizer、CASTEP、 DMol3、DFTB+、GULP、Reflex(plus)
     
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  • 二、 无机非金属材料研究

    (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
     
    主要相关模块:Visualizer、CASTEP、 DMol3、DFTB+、GULP、Reflex(plus)、Sorption、Adsorption locator
     
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  • 三、 纳米材料研究

          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
     
    主要相关模块:DMol3、CASTEP、ONETEP、QMERA、DFTB+、Forcite Plus
     
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  • 四、 高分子及其复合材料研究

          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。
     
    主要相关模块: DMol3、Forcite Plus、COMPASS、Amorphous Cell、Blends、Synthia、Conformers、Mesocite、MesoDyn
     

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  • 五、 表界面研究

          Materials Studio中的CASTEP、DMol3、QMERA等模块可对表界面及其上所发生的化学反应进行研究,如计算表面吉布斯自由能、研究表面吸附机理、表面化学反应过程、界面力学性质,薄膜生长机理、自组装等;经典分子力学、动力学模块如Forcite plus、GULP还可对表面物理吸附及界面物理粘结强度进行研究;

     
    主要相关模块:CASTEP、DMol3、QMERA、Forcite Plus、GULP、Adsorption Locator
     
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  • 六、 化学反应研究

           Materials Studio提供两种方法研究化学反应,第一,以过渡态搜索为基础的化学反应机理探索研究。第二,从量子力学分子动力学和经典分子动力学调用反应力场的方法研究化学反应过程。

    (1)均相催化、非均相催化反应的反应机理探索
    (2)燃烧、爆炸等化学反应过程研究
     
    主要相关模块:DMol3、CASTEP、DFTB+、Qmera、GULP
     
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  • 七、 含能材料研究

            Materials Studio可对含能复合材料各组分间的结合能力、力学以及爆炸性能、感度等性质进行研究。 

     
    主要相关模块:DMol3、Forcite、Amorphous Cell、COMPASS
     
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  • 八、 生物、医药研究

    (1)药物分子间、载药体系间以及药物分子和载体相互作用研究

    (2)通过化学反应过渡态搜索研究酶的催化反应活性、给出生物分子活性位点、前线轨道等性质;
    (3)从介观尺度研究药物分子的包覆以及缓释过程,并对药物体系包覆剂进行设计和筛选。

     
    主要相关模块:DMol3、Forcite、Amorphous Cell、COMPASS、Mesocite
     
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  • 九、 在晶体结构、形貌研究中的应用

          Materials Studio中的Polymorph predictor模块可基于分子结构来搜索其可能存在的多晶型结构;Reflex Plus模块可以基于材料粉晶X 射线、中子或者电子衍射图谱,指标化谱图,精修结构,解析材料的晶体结构,Reflex QPA可以进行定量物相分析,给出各个单相的百分比含量;Morphology模块可预测得到晶体各种可能的形貌,并可结合Forcite plus考察溶剂、杂质对晶体形貌的影响。

     
    主要相关模块:Reflex(Plus)、Reflex QPA、Polymorph predictor、Morphology
     
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  • 十、 QSAR 的应用

          QSAR(Quantitative Structure Activity Relationship,定量构效关系),是化学、化工以及材料领域中的一种重要研究手段。它通过构建材料的实验信息(“性质”) 和分子水平特征(“描述符”) 之间的统计回归模型,进而预测未知材料的性质。所涉及的体系包括分子晶体、无机晶体、分子筛、高聚物、表面活性剂等。QSAR 的应用可以极大的提升高性能材料的研发速率。典型的描述符包括热力学数据(如系统能量)、各组分的比例或表示分子形状的函数(分子体积,可旋转化学键的数量等)。

     
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  • 十一、Perl 语言的应用

          Materials Studio中的Perl语言可以更好、更灵活地使用各个模块的功能、处理得到的数据,实现多种计算过程的自动化处理,包括:重复性计算任务的自动化处理, 涉及多个模块、多种任务的流程化计算过程的自动化处理。

     
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