BIOVIA MATERIALS STUDIO計算平臺簡介
產(chǎn)品手冊
為新一代材料的開發(fā)提供模型和模擬支持。BIOVIA MATERIALS STUDIO?擁有完善的建模和模擬工具，能夠幫助材料科學(xué)與化學(xué)領(lǐng)域的研究者對材料中原子、分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、性能間的關(guān)系進行預(yù)測。利用Materials Studio，各工業(yè)領(lǐng)域的研究者能夠?qū)χT多類型的材料，如制藥、催化劑、高分子及復(fù)合材料、金屬及合金、電池及燃料電池、納米材料等進行設(shè)計，以獲取更佳的性能。
Materials Studio是的模擬軟件，簡單易用的界面能夠?qū)Σ牧系男再|(zhì)和性能進行模擬與評估。通過使用Materials Studio，材料開發(fā)者將能夠：
通過對待檢測材料進行“虛擬篩選”，降低物理測試與實驗的投資與時間。
提高創(chuàng)新效率——比物理測試與實驗更快的開發(fā)出更新、性能更加優(yōu)異、更持久耐用、成本更低的材料。
增強對原子、分子結(jié)構(gòu)與材料性質(zhì)、性能間構(gòu)效關(guān)系的理解。
借助計算機材料科學(xué)強大的信息處理能力，能夠成為實驗的有益補充。
利用BIOVIA Pipeline Pilot的Materials StudioCollection與MaterialsScript API實現(xiàn)自動化與應(yīng)用共享。
可視化
Materials Visualizer方便易用，擁有完善的用戶圖形界面，便于化學(xué)、高分子及其他材料領(lǐng)域的研究者更便捷的進行材料的建模和模擬。利用Materials Visualizer能夠?qū)Ψ肿印⒕w、表面、高分子及介觀結(jié)構(gòu)的模型進行構(gòu)建、復(fù)制和查看。同時，Materials Visualizer還支持對所有結(jié)果進行各種分析，可以給出圖形、數(shù)據(jù)的圖表，可以對特定的結(jié)果進行動畫演示或給出矢量圖、文本數(shù)據(jù)。此外，支持不同功能模塊間結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的共享，MaterialsScript API能共享Materials Visualizer中的諸多工具，以便專業(yè)用戶創(chuàng)建個性化的功能和對重復(fù)性工作進行自動化管理。使用Materials Visualizer標準的Windows窗口用戶能夠在Windows和Linux服務(wù)器下運行并獲取迅速的響應(yīng)。
解決方案
Materials Studio能夠進行量子、原子、介觀、統(tǒng)計、分析和晶體尺度的模擬。通過多尺度模擬，研究者能夠在不同大小、時間尺度下更精確的評估材料的性質(zhì)，盡可能快的評估材料的性能。
量子力學(xué)工具
工具 | 介紹 |
Materials Studio CANTERA | Cantera[www.cantera.org]是一種化學(xué)反應(yīng)速率方程求解器。通過Materials Studio CANTERA能夠?qū)崃W(xué)輸入進行設(shè)置、并執(zhí)行相關(guān)計算。利用Cantera Reaction Editor能夠?qū)⑿挛锓N和反應(yīng)引入復(fù)雜反應(yīng)同時保持熱力學(xué)數(shù)據(jù)一致。 |
Materials Studio CASTEP | Materials Studio CASTEP是一種基于平面波-贗勢密度泛函方法的量子力學(xué)計算程序，可以模擬固體、界面和表面的性質(zhì)，適用于多種材料體系，包括陶瓷、半導(dǎo)體和金屬等。 |
Materials Studio DMol3 | Materials Studio DMol3基于原子軌道線性組合方法，可被用于模擬有機和無機分子、分子晶體、共價固體、金屬固體及周期性表面的電子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。 |
Materials Studio DFTB+ | Materials Studio DFTB+是一款基于緊束縛密度泛函方法的半經(jīng)驗量子力學(xué)程序，能夠?qū)Σ牧系碾娮有再|(zhì)進行模擬研究。模塊融合了密度泛函方法的準確性和緊束縛方法的效率性，保證了大尺度體系量子力學(xué)模擬的精度。 |
Materials Studio NMR CASTEP | Materials Studio NMR CASTEP通過First Principle理論預(yù)測NMR化學(xué)位移和電場梯度張量。方法適于計算包括陶瓷和半導(dǎo)體在內(nèi)的眾多類型材料的分子、固體的NMR位移。 |
Materials Studio ONETEP | Materials Studio ONETEP是一款線性標度密度泛函應(yīng)用程序，可精確的對數(shù)千個原子體系進行First Principle 計算 |
Materials Studio QMERA | Materials Studio QMERA引入量子力學(xué)與分子力學(xué)的雜化方法，結(jié)合了量子力學(xué)高精確與力場計算效率性的優(yōu)點。該方法能夠在對大體系進行高精度計算的同時降低計算成本。 |
Materials Studio VAMP | Materials Studio VAMP是一款基于原子軌道線性組合方法的半經(jīng)驗量子力學(xué)程序。主要是對有機和無機分子體系進行模擬計算，它可以快速計算分子的多種物理和化學(xué)性質(zhì)。是介于力場與First Principle性原理方法之間的理想方法。 |
經(jīng)典模擬方法
Materials Studio基于原子與分子間的經(jīng)典相互作用提供了多樣的模擬方法，如分子動力學(xué)、晶格動力學(xué)及多種基于蒙特卡洛和力場的模擬方法。
工具 | 介紹 |
Materials Studio Adsorption Locator | Materials Studio Adsorption Locator基于蒙特卡洛退火方法，可以在周期性或非周期性體系的基底上搜索到能量較低的吸附位點。 |
Materials Studio Amorphous Cell | Materials Studio Amorphous Cell模塊中的計算工具允許對復(fù)雜的無定形系統(tǒng)建立有代表性的模型，并對主要性質(zhì)進行預(yù)測。 |
Materials Studio Blends | Materials Studio Blends可對溶劑-溶劑、高分子-高分子二元混合物的相圖與相互作用參數(shù)進行估算，還可計算高分子添加劑的共混、相平衡與分離。 |
Materials Studio Conformers | Materials Studio Conformers的構(gòu)象搜索算法與分析工具能夠?qū)Ψ肿拥臉?gòu)象與柔順性進行分析。 |
Materials Studio COMPASS | Materials Studio COMPASS是一個功能強大的First Principle性高精度力場，可在一個很大的溫度、壓力范圍內(nèi)，精確地預(yù)測多種單分子及其凝聚態(tài)的結(jié)構(gòu)、構(gòu)象、振動及 熱物理性質(zhì)。 |
Materials Studio Forcite Plus | Materials Studio Forcite Plus是一款分子力學(xué)和分子動力學(xué)模擬程序，可以對分子和周期性體系進行機械性能、擴散、局部結(jié)構(gòu)、密度變化、內(nèi)聚能密度、偶極自相關(guān)函數(shù)等廣泛分析。支持的力場包括Materials Studio COMPASS、CVFF、PCFF、Dreiding，EAM和Universal等。 |
Materials Studio GULP | Materials Studio GULP能夠?qū)Σ牧系慕Y(jié)構(gòu)、性質(zhì)和動力學(xué)進行計算。引入了多種力場即可以處理金屬、氧化物、礦物半導(dǎo)體，同時分子力學(xué)力場還可以對共價體系進行處理。不僅如此，GULP 提供了擬合和編輯力場的工具，可結(jié)合量子力學(xué)的計算結(jié)果或者實驗數(shù)據(jù)，擬合針對性更強的力場。 |
Materials Studio Sorption | Materials Studio Sorption能夠?qū)ξ脚c分離現(xiàn)象提供基本的性質(zhì)預(yù)測，可直接給出吸附等溫線(載荷曲線)、亨利常數(shù)等性質(zhì)。 |
介觀模擬工具
MaterialsStudio中的介觀模擬方法基于粗?；幚恚瑢⒃踊鶊F等效為珠子。利用該方法可以在遠超經(jīng)典模擬方法的時間和空間尺度上對性質(zhì)進行模擬。
工具 | 介紹 |
MesoDyn | MesoDyn基于經(jīng)典密度泛函理論，能夠?qū)?fù)雜流體系統(tǒng)，尤其是相分離和復(fù)雜高分子體系結(jié)構(gòu)進行長程、大時間尺度的模擬。 |
Materials Studio Mesocite | Materials Studio Mesocite是一個基于粗粒度模擬方法的、可以對廣泛體系進行模擬研究的分子力學(xué)工具集。模擬的對象大小尺寸在納米到微米尺度范圍相應(yīng)地模擬變化的時間范圍落在納秒至微秒?yún)^(qū)間。可以提供流體在平衡態(tài)下、在有剪切力存在下以及其它受限制條件下的結(jié)構(gòu)與動力學(xué)性質(zhì)。 |
統(tǒng)計力學(xué)工具
統(tǒng)計力學(xué)方法通過構(gòu)建分子水平特征與實驗觀測值之間的統(tǒng)計回歸模型，對化合物進行篩選。
工具 | 介紹 |
Materials Studio QSAR | 整合在Materials Studio 中的QSAR（定量構(gòu)效關(guān)系）模塊提供范圍廣泛的描述符和先進的分析能力能夠協(xié)助用戶建立高質(zhì)量的定量構(gòu)效關(guān)系。QSAR的描述符包含的范圍很廣，包括拓撲結(jié)構(gòu)和電性拓撲態(tài)描述符。此外，分子局部電荷表面參數(shù)能夠?qū)θ軇┍砻娴碾姾煞植歼M行檢測；VAMP描述符能夠?qū)?D描述符的范圍進一步擴大至電子相互作用；GFA還能使用靈活的遺傳算法對定量構(gòu)效關(guān)系進行計算。 |
Materials Studio QSAR Plus | QSAR Plus增加了DMol3描述符可對反應(yīng)活性因子和能量進行精確的計算。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還能夠構(gòu)建非線性模型，能夠?qū)ζ渌７椒y以適用的噪點數(shù)據(jù)進行建模。適用于缺失的數(shù)據(jù)，還可被用于構(gòu)建預(yù)測多種物理性質(zhì)的加權(quán)模型。 |
Materials Studio Synthia | Synthia可快速預(yù)測均聚、共聚物的諸多定量結(jié)構(gòu)性質(zhì)。研究者從而能夠?qū)溥x高分子材料的各種性質(zhì)進行快速篩選。 |
譜圖分析和結(jié)晶學(xué)工具
譜圖分析和結(jié)晶學(xué)工具可對晶體結(jié)構(gòu)和晶體生長過程進行研究、預(yù)測與調(diào)節(jié)。
工具 | 介紹 |
Materials Studio Morphology | Morphology能夠從晶體的原子結(jié)構(gòu)預(yù)測晶體形貌。Morphology可以預(yù)測晶體形狀、分析晶體表面穩(wěn)定性、開發(fā)特制的添加劑，并對溶劑和雜質(zhì)效應(yīng)進行控制。 |
Materials Studio Morphology Plus | QSAR Plus增加了DMol3描述符可對反應(yīng)活性因子和能量進行精確的計算。此外，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還能夠構(gòu)建非線性模型，能夠?qū)ζ渌７椒y以適用的噪點數(shù)據(jù)進行建模。適用于缺失的數(shù)據(jù)，還可被用于構(gòu)建預(yù)測多種物理性質(zhì)的加權(quán)模型。 |
Materials Studio Polymorph Predictor | Polymorph Predictor是一個針對主要由C、N、O和H組成的剛性、非離子或離子分子算法集。通過對空間群中生成給定分子的各種可能堆積、排列形式搜索能量低的晶體結(jié)構(gòu)。 |
Materials Studio Motif | Motif通過分析分子晶體的相關(guān)信息，能夠?qū)滏I拓撲結(jié)構(gòu)進行定量、定性分析。通過結(jié)合使用Polymorph的預(yù)測功能，Motif還能對構(gòu)建的結(jié)構(gòu)進行分類和統(tǒng)計歸納。此外還可以通過提供的劍橋晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫（Cambridge Structural Database）接口使用劍橋晶體數(shù)據(jù)中心開發(fā)的Mercury軟件功能。 |
Materials Studio Reflex | Reflex能夠基于晶體材料模型模擬對應(yīng)的X-Ray、中子及電子等多種粉末衍射圖譜。Reflex Plus提供了一套可以從中等或高質(zhì)量的粉末衍射譜圖確定晶體結(jié)構(gòu)的完整工具。 |
Materials Studio Reflex QPA | Reflex QPA是對Reflex模塊量子態(tài)分析功能的擴展，可以通過對多相樣品的粉末衍射圖判定不同組成成分的相對比例。 |
Materials Studio X-Cell | X-Cell能夠為中、高質(zhì)量的粉末衍射數(shù)據(jù)提供效率的指標化算法。它使用消光決定（extinction-specific）的二分法對參數(shù)空間進行詳盡無遺的搜索，終給出可能的晶胞參數(shù)的完整清單。 |
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