產品簡介

Materials Studio 材料模擬軟件平臺是科研模擬軟件公司Biovia的核心產品。在近20年的發展歷程中，Materials Studio獲得了來自全球多個科研機構的技術支持，歷經23個版本的更新和升級，現已融合多種時、空間尺度的模擬方法，形成了一個包含16個工具包、22個功能模塊，可實現從微觀電子結構到宏觀性能預測的跨尺度科學研究平臺，是目前分子模擬領域中相對精確、穩定、高效的產品，在化工、環境、能源、制藥、電子、食品、航空航天和汽車等工業領域和教育科研部門有著非常廣泛的應用。

BIOVIA Sourcing Databases

Materials Studio材料模擬軟件以可視化視窗界面為核心，主要包括量子力學模塊、經典分子力學、動力學模塊、介觀動力學模塊、蒙特卡洛方法模塊、定量構效關系模塊以及晶體形貌、結構預測模塊。

一、可視化視窗界面

Materials Studio的圖形化界面，支持各種材料微觀結構模型的搭建和計算結果可視化分析。

二、量子力學模塊

以定態薛定諤方程為核心，計算原子核滿足特定排列時，核外電子的空間、能量分布，并由此進一步得到體系的電學性質、磁學性質、光學性質、熱力學性質以及力學性質，精度高且幾乎不依賴于任何經驗參數，被廣泛應用在各類材料的模擬研究中。

三、經典分子力學、動力學模塊

以各類力場(勢函數)表征原子、離子及分子間相互作用，其中包含有大量基于實驗數據或者量子力學方法的經驗參數，所以，經典模擬方法具有非常高的效率，能夠計算包含數千至數十萬原子模型的相關性質，計算精度取決于勢函數及參數的適用性。

四、介觀動力學模塊

“模型粗粒化”是介觀模擬方法與其它模擬方法的一個顯著區別。將通常模型中的若干個原子視為一個“珠子”，由珠子構成的結構模型稱為“粗?；Ｐ汀?。介觀模塊采用各種勢函數描述珠子間的相互作用，并研究珠子的分布、運動，分析各種分布所形成的拓撲形貌以及與運動相關的結構、動力學性質。

五、蒙特卡洛方法模塊

蒙特卡洛方法結合分子力場（勢函數），在Materials Studio中被用來構建聚合物、溶液等無序結構模型，研究多孔材料、固體表面的氣體分子吸附，搜索分子最優構象以及晶體結構。

Q&A

Q1.Materials Studio在高分子及其復合材料研究領域能做哪些方面的模擬工作？

Materials Studio中基于力場（勢函數）的分子力學、動力學以及蒙特卡洛模塊，包括介觀動力學模塊，可用于高效的搜索高分子的穩定構象，構建和表征高分子晶態或非晶態的結構和預測性質。

（1）樹脂如交聯環氧樹脂的配方設計和力學性能研究，熱固性聚合物在玻璃態和橡膠態的結構與機械性能之間的關系

（2）高分子材料的內聚能密度、玻璃化轉變溫度及共混行為及相分離形貌

（3）阻隔包裝材料中小分子的滲透擴散研究

（4）復合材料的界面處的分布形態(密度場)及復合材料的楊氏模量、泊松比、熱導率、透氣率等宏觀性質。

Q2.Materials Studio在納米材料研究領域能做哪些方面的模擬工作？

Materials Studio軟件平臺中的量子力學方法和分子力學和動力學方法結合，可以研究納米材料的微觀結構及光、電、磁、力學及熱力學相關的物理性質，化學反應活性以及自組裝、外延生長機制進行研究。

（1）納米材料如碳納米管、石墨烯、硅納米棒的電子結構的剪裁和控制

（2）納米材料的催化反應機理研究和化學反應過程的研究

（3）納米管機械性能，如在壓縮、彎曲、拉伸載荷下的屈服模擬

（4）納米材料電子輸運性能

Q3.Materials Studio在非金屬領域能做哪些方面的模擬工作？

（1）搭建半導體晶體、缺陷、表界面、納米材料顆粒結構

（2）半導體如鈦酸鋇、氧化鈦、氧化鋅、等過渡金屬元素氧化物材料的摻雜缺陷結構的缺陷態、缺陷形成能、電子結構

（3）稀土發光材料等光學材料的光學性質及發光機理研究

（4）電池材料如鋰電池的設計，篩選可提高電池性能的摻雜元素；離子在電池中的擴散和遷移能壘

（5）新型多孔材料的結構設計和確認；氣體分離；吸附等溫線

（6）新型碳材料結構設計及性質研究

（7）硬材料如氧化硅、氧化鋁、碳化硅、氮化硼的力學性質、電子結構、相變、相變路徑、相變機制研究

（8）磁性材料如鐵氧體的磁學性質研究

Q4.Materials Studio在金屬領域能做哪些方面的模擬工作？

（1）搭建純金屬、合金、摻雜模型、位錯、層錯、孿晶、金屬納米顆粒結構

（2）合金配方設計和結構性質研究如：力學性質研究包括體彈性模量、楊氏模量泊松比；拉伸模擬研究得到抗拉強度；塑性變形（層錯和孿晶）；熱力學性質；擴散遷移

（3）金屬體系常壓、高壓結構的解析和預測；相變

（4）非晶合金，金屬玻璃等非晶固體的形成機制；金屬液體的結構與性質

（5）金屬的腐蝕與防護

（6）金屬（包括堿金屬）體材料和薄膜材料的磁性研究；結構無序對磁性的影響

（7）金屬納米顆粒催化反應

Q5.材料基因組項目中分子模擬能做什么？

科學家想通過Materials Genome Initiative（MGI）項目，找出元素間的相互作用對材料的種類和性質帶來的廣泛影響，以這些知識為基礎，希望以更短的周期為不同應用“定制”相應材料。已經促成的來自麻省理工學院的以研究電池為主的Materials Project項目和哈佛的以清潔能源為主的Clean Energy Project計劃。二者均利用密度泛函理論（Density Functional Theory）收集巨型數據庫來預測模擬物質的實際屬性。