材料模拟软件 BIOVIA Materials Studio 2019(图1)

1. 功能概述

Materials Studio材料模拟软件帮助研究者构建、显示和分析分子、固体及表面的结构模型并结合当今先进的模拟计算思想和方法，如量子力学（QM）、线形标度量子力学(Linear Scaling QM)、分子力学(MM)、分子动力学(MD)、蒙特卡洛(MC)、介观动力学(MesoDyn)和耗散粒子动力学（DPD）、统计方法QSAR(Quantitative Structure – Activity Relationship )等多种先进算法和X射线衍射分析等仪器分析方法，根据系统中原子、分子的类型和数目，研究、预测材料的相关性质。模拟的内容包括了催化剂、聚合物、固体及表面、界面、晶体与衍射、化学反应等材料和化学研究领域的主要课题。

2. 功能模块

(1) MS Visualizer and Collection（10个用户数）：Materials Studio软件的核心模块，可用来搭建分子、晶体、界面、表面及高分子材料结构模型，也可以构建样式各异的纳米团簇、介观尺度的结构模型，提供分子叠合以及分子库枚举等所需的所有工具，可以操作、观察及分析计算前后的结构模型，处理多种类型的图型、表格或文本等形式的数据，并提供软件的基本环境和分析工具以支持Materials Studio的其它产品。支持多种输入、输出格式，并可将动态的轨迹文件输出成avi格式，到Microsoft Office系列产品中进行编辑或演示。另外，也支持与第三方软件或数据库的对接和访问，比如可以使用Conquest来查询剑桥结构数据库（CSD），输出3D结构或者选择其中的分子片断等，不过使用者需要自己具有CSD的使用权限。

(2) MS DMol3（5个用户数）：采用原子轨道线性组合的方法描述体系的电子状态，因此也被称为原子轨道线性组合方法。DMol3有别于其它方法的最重要特点是采用数值函数描述原子轨道，这一做法兼顾了计算精度和效率，使得DMol3成为一款高效实用的量子力学程序。除了可以预测材料的电子学、光学、热力学性能外，它还能够细致地研究气相、溶液、表面及其它固态环境中的化学反应，适合解决化学、化工、生物、材料、物理等领域中的各类问题，尤其是化学反应机理及催化剂设计的问题。每年都有数百篇应用DMol3的文章在各类顶级学术刊物上发表。研究对象涉及晶体材料、有机分子、团簇、纳米和多孔材料、生物分子等各种周期性及非周期性体系。一个使用许可允许客户在同一时间提交一个作业，但不限制并行的CPU数。

(3) MS CASTEP（5个用户数）：使用平面波赝势的方法的先进的量子力学程序，广泛应用于陶瓷、半导体以及金属等多种材料研究领域。可研究的对象和内容包括：晶体材料的性质（半导体、陶瓷、金属、分子筛等）、表面和表面重构的性质、表面化学、电子结构（能带及态密度、声子谱）、晶体的光学性质、点缺陷性质（如空位、间隙或取代掺杂）、扩展缺陷（晶粒间界、位错）、成分无序等。方便的自旋极化设置，还可用于计算磁性体系。可显示体系的三维电荷密度及波函数、模拟STM图像、固体材料的红外光谱、拉曼光谱、电子能量损失谱(EELS)、X射线吸收近边结构(XANES)、能量损失近边结构(ELNES)、计算电荷差分密度等，可帮助解读谱图与表征结构。一个使用许可（用户数）允许客户在同一时间提交一个作业，但不限制并行的CPU数。

(4) MS DFTB+（2个用户数）：是一款融合了密度泛函方法（DFT）准确性和紧束缚方法（TB）高效性的半经验量子力学程序，其中所采用的原子轨道波函数和原子核间相互作用势均基于DMol3的结果拟合得到。DFTB+可以对数千个原子体系进行模拟研究，为解决电子、催化、化工等领域中各种复杂体系及复杂过程的相关问题提供一种新的模拟方法。所涉及的研究对象主要有有机分子、团簇、绝缘体、半导体、金属甚至是生物体系等各类非周期性和周期性材料体系。需要：DMol3 Molecular, or DMol3 Solid。

(5) MS Amorphous Cell（1个用户数）：可以帮助研究者建立各种复杂无定型体系的模型，并对其主要性质进行预测。通过观察体系结构和性质的关系，可以对分子的一些重要性质有更深入的了解，从而设计出更好的新化合物和新配方。

(6) MS COMPASS Parallel（1个用户数）：是一个支持对凝聚态材料进行原子水平模拟的功能强大的力场。它是第一个由凝聚态性质以及孤立分子的各种从头算和经验数据等参数化并验证的从头算力场。使用这个力场可以在很大的温度、压力范围内精确地预测出孤立体系或凝聚态体系中各种分子的构象、振动及热物理性质。

(7) MS Forcite Plus（1个用户数）：先进的经典分子力学工具，可以对分子或周期性体系进行快速的能量计算及可靠的几何优化以及动力学模拟，可以实现模拟淬火、退火等功能。包含了Universal、Dreiding等被广泛使用的力场和PCFF、CVFF力场，并可以使用COMPASS力场以及多种电荷分配算法。支持二维体系的能量计算，可以对固态体系进行研究，如晶体、非晶和溶剂化体系，一整套的分析工具可用来对诸如偶极相关等复杂性质进行分析；同时还可以分析Discover所产生的.arc和.his轨迹文件，能够得到各类结构参数、热力学性质、力学性质、动力学量以及振动强度。一个使用许可（用户数）允许客户在同一时间提交一个作业，但不限制并行的CPU数。

(8) MS Sorption（1个用户数）：Sorption是一款基于巨正则蒙特卡洛(Grand Canonical Monte Carlo，GCMC)方法预测单一或混合组分在微孔材料和介孔材料中吸附的程序。它所涉及的体系包括分子筛、铝磷酸盐、粘土、纳米管、聚合物膜、硅胶、活性炭和金属-有机骨架材料等。Sorption可直接给出吸附等温线(载荷曲线)、亨利常数等性质，可应用于气体分离、烃类裂解、气体传感器以及离子交换等诸多领域的研究，大大提高工业用气体、石油石化产品以及特种催化剂的生产效率，有助于提升商业利润。

(9) MS GULP（1个用户数）：GULP是一款基于分子力场的晶格模拟程序，可以进行几何结构和过渡态的优化，离子极化率的预测，以及分子动力学计算。GULP引入了多种力场，比如Brenner，Bush，Dreiding，Lewis与Tersoff等十几种类型力场，既可以处理分子晶体，也可以计算离子性的材料。同时研究者还可以利用已有的数据拟合出具有针对性的力场以供研究独特的体系。该模块可以计算的性质包括：氧化物的性质，点缺陷、掺杂和空隙、声子谱、表面性质，离子迁移，分子筛和其他多孔材料的反应性能和结构，陶瓷的性质，无序结构等，可应用于多相催化、燃料电池、核废物处理、蒸汽电解、气体传感器、汽车尾气催化以及石油化工等诸多工业领域。支持并行计算。一个使用许可（用户数）允许客户在同一时间提交一个作业，但不限制并行的CPU数。

BIOVIA MATERIALS STUDIO

AN INTEGRATED, MULTI-SCALE MODELING ENVIRONMENT

Modeling & Simulation for Next-Generation Materials

BIOVIA Materials Studio is a complete modeling and simulation environment designed to allow researchers in materials science and chemistry to predict and understand the relationships of a material’s atomic and molecular structure with its properties and behavior. Using Materials Studio, researchers in many industries are engineering better performing materials of all types, including catalysts, polymers, composites, metals, alloys, pharmaceuticals, batteries and more.

Exploring Materials Properties

Materials Studio offers an “in silico first” approach, allowing researchers to optimize their materials’ performance in a relatively low cost environment prior to physical testing.

Accelerate the innovation process: Drive deeper understanding of the interactions that define material properties

Reduce R&D Costs: Minimize the number of physical experiments via “Virtually Screening” candidates

Improve R&D Efficiency: Automate and share best practices within Pipeline Pilot to reduce non-value added tasks

Foster Data-Driven Decisions: Complement laboratory experimentation with powerful materials informatics

A Multiscale & Multiphysics Solution

Explore our functional areas below to learn how researchers are developing better catalysts, pharmaceuticals, polymers, composites, alloys, batteries and more.