MS入门手册（2）：量子力学、分子力学、介观模拟方法，各模块重点介绍！

【MS计算培训汇总】建模，DFT/分子动力学，吸附与催化，正负极材料，固/液态电解质，反应/迁移能垒，CO2RR/OER/HER

本文为杨站长技术团队制作的《Materials Studio入门手册》第二篇，后续内容将会持续更新。

Materials Studio（后文简称MS）是目前已知的学起来最简单的第一性原理软件，对于电脑一窍不通的小白只要培训几天就可以上手了。不需要学怎么在Linux下使用命令行，所有的工作都可以通过点鼠标来完成，所见即所得。

MS功能异常强大，基本上其他第一性原理软件能做的工作它都可以做。高手就是能把简单的事做到极致，只要你能把MS的所有模块玩得很6，你就已经是一个计算材料学达人了。

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上节课我们说到，Materials Studio包含各种计算和分析模块，按照所模拟体系的尺度，将它们分为量子力学、分子力学、介观力学等，那么这些方法中分别包含哪些模块呢？让我们一起看个究竟。

1. 量子力学（QM）方法：

类似于从头计算，不采用经验参数，以求解薛定谔方程为出发点，通过计算电子行为对结构及性质进行描述，计算速度慢，但是精度高，如果想要得到电子性质，必须采用量子力学方法，典型模块包括：

CASTEP模块，采用平面波赝势方法，适用于周期性体系，是物理、晶体学研究利器；

Dmol³模块，采用原子轨道线性组合方法，可以用于周期体系，也可以用于非周期体系，非常适合化学领域，特别是催化剂催化性质和反应路径的研究；

ONETEP模块：线性标度方法，适合于大体系的量子力学计算，体系增大时计算效率不会像其它DFT软件一样显著降低；

另外还有两个半经验量子力学模块——DFTB+和VAMP，以及结合QM/MM（量子力学/分子力学）方法进行计算的QMERA模块。后者通过对于最关注区域进行精确的量子力学计算，而忽略部分不重要的参数或区域，从而在保证精度的同时，提高了计算速度，适合于对更大规模体系进行模拟。

MS中的模拟方法

2. 分子力学（MM）方法：

分子力学方法以原子为研究目标，用力场描述原子、离子和分子间的相互作用，该方法效率很高，可对上万个原子的大体系进行描述。与牛顿力学结合后形成分子动力学（MD）方法，可描述原子在特定热力学条件下的运动。

利用分子力学进行计算的主要有Forcite/Forcite Plus、GULP、Amorphous Cell、Adsorption Locator、Blends、Conformers、Sorption、Synthia等模块。其中Forcite是最常用的MM计算模块，可实现几何优化、模拟退火、不同系综分子动力学计算等，包含各种力场，如高精度的COMPASS II力场、以及通用力场Universal等；Sorption主要进行吸附性质计算；Amorphous Cell可以方便地搭建无定型结构的模型。

3. 介观模拟方法：

如果体系由更多的原子组成，可以使用介观模拟方法，将模型中的一些原子看成一个整体“珠子”，对“珠子”之间的相互作用进行描述，这种方法称为“粗粒化方法”，Mesocite和MesoDyn是MS中的介观模拟模块。

4. 晶体学模块：

MS中还提供了可以对分子堆积和晶体结构进行预测的Polymorph模块、解析晶体衍射谱图的Reflex模块、预测晶面生长速度和晶体形貌的Morphology模块等。

5. 定量构效关系模块QSAR：

真正将材料从实验推向科学的一步，可以建立实验数据（效）和分子特性（构）之间的关系，从而对未知材料的性质进行预测。

今天我们对MS软件的界面和模块功能进行了简要介绍，那么我们就到这里了。

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