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                        材料模擬 首頁解決方案材料模擬

                                Materials Studio 是全尺度材料模擬平臺。它不僅擁有優異的操作界面,快捷實現模型搭建、參數設定以及結果的可視化分析,而且融合多種模擬方法,整合多達23 個功能模塊,實現從電子結構解析到宏觀性能預測的全尺度科學研究。歷經13 年的發展,Materials Studio 變得更加完善,更加靈活,多種應用程序接口以及腳本編寫功能的添加使其能夠更好的滿足各類用戶的研究需求。其所擁有的近400 家用戶涵蓋材料、物理、化學、化工等多個領域,相關的研究工作在各類權威期刊上發表論文過萬篇。 下列解決方案可應用于石油石化、化工、環境、能源、冶金、電子及半導體工業、航空航天以及汽車制造等相關的材料科學領域。

                        • 一、金屬材料研究解決方案

                          Materials Studio可以對各種純金屬及其合金所形成的塊體材料和膜材料進行模擬。 

                          (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
                           
                          主要相關模塊Visualizer、CASTEP、 DMol3、DFTB+、GULP、Reflex(plus)
                           
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                        • 二、 無機非金屬材料研究

                          (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
                           
                          主要相關模塊:Visualizer、CASTEP、 DMol3、DFTB+、GULP、Reflex(plus)、Sorption、Adsorption locator
                           
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                        • 三、 納米材料研究

                                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
                           
                          主要相關模塊:DMol3、CASTEP、ONETEP、QMERA、DFTB+、Forcite Plus
                           
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                        • 四、 高分子及其復合材料研究

                                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。
                           
                          主要相關模塊: 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等模塊可對表界面及其上所發生的化學反應進行研究,如計算表面吉布斯自由能、研究表面吸附機理、表面化學反應過程、界面力學性質,薄膜生長機理、自組裝等;經典分子力學、動力學模塊如Forcite plus、GULP還可對表面物理吸附及界面物理粘結強度進行研究;

                           
                          主要相關模塊:CASTEP、DMol3、QMERA、Forcite Plus、GULP、Adsorption Locator
                           
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                        • 六、 化學反應研究

                                 Materials Studio提供兩種方法研究化學反應,第一,以過渡態搜索為基礎的化學反應機理探索研究。第二,從量子力學分子動力學和經典分子動力學調用反應力場的方法研究化學反應過程。

                          (1)均相催化、非均相催化反應的反應機理探索
                          (2)燃燒、爆炸等化學反應過程研究
                           
                          主要相關模塊:DMol3、CASTEP、DFTB+、Qmera、GULP
                           
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                        • 七、 含能材料研究

                                  Materials Studio可對含能復合材料各組分間的結合能力、力學以及爆炸性能、感度等性質進行研究。 

                           
                          主要相關模塊:DMol3、Forcite、Amorphous Cell、COMPASS
                           
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                        • 八、 生物、醫藥研究

                          (1)藥物分子間、載藥體系間以及藥物分子和載體相互作用研究

                          (2)通過化學反應過渡態搜索研究酶的催化反應活性、給出生物分子活性位點、前線軌道等性質;
                          (3)從介觀尺度研究藥物分子的包覆以及緩釋過程,并對藥物體系包覆劑進行設計和篩選。

                           
                          主要相關模塊:DMol3、Forcite、Amorphous Cell、COMPASS、Mesocite
                           
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                        • 九、 在晶體結構、形貌研究中的應用

                                Materials Studio中的Polymorph predictor模塊可基于分子結構來搜索其可能存在的多晶型結構;Reflex Plus模塊可以基于材料粉晶X 射線、中子或者電子衍射圖譜,指標化譜圖,精修結構,解析材料的晶體結構,Reflex QPA可以進行定量物相分析,給出各個單相的百分比含量;Morphology模塊可預測得到晶體各種可能的形貌,并可結合Forcite plus考察溶劑、雜質對晶體形貌的影響。

                           
                          主要相關模塊:Reflex(Plus)、Reflex QPA、Polymorph predictor、Morphology
                           
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                        • 十、 QSAR 的應用

                                QSAR(Quantitative Structure Activity Relationship,定量構效關系),是化學、化工以及材料領域中的一種重要研究手段。它通過構建材料的實驗信息(“性質”) 和分子水平特征(“描述符”) 之間的統計回歸模型,進而預測未知材料的性質。所涉及的體系包括分子晶體、無機晶體、分子篩、高聚物、表面活性劑等。QSAR 的應用可以極大的提升高性能材料的研發速率。典型的描述符包括熱力學數據(如系統能量)、各組分的比例或表示分子形狀的函數(分子體積,可旋轉化學鍵的數量等)。

                           
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                        • 十一、Perl 語言的應用

                                Materials Studio中的Perl語言可以更好、更靈活地使用各個模塊的功能、處理得到的數據,實現多種計算過程的自動化處理,包括:重復性計算任務的自動化處理, 涉及多個模塊、多種任務的流程化計算過程的自動化處理。

                           
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