Materials_Studio50培訓(xùn)教程.ppt

1、Class 1 - Materials Studio 快速入門教程,該教程將介紹Materials Studio 軟件的基本功能，在這一部分，你將學(xué)到： 一. 生成Projects 二. 打開并且觀察3D 文檔 三. 繪制苯甲酰胺分子 四. 觀察并且處理研究表格文檔 五. 處理分子晶體：尿素 六. 建造Alpha 石英晶體 七. 建造多甲基異丁烯酸鹽 八. 保存Project 并結(jié)束,在d盤上建文件夾class 1: d:class 1,1. 建立一個(gè)新文件夾D: MS teach class1 2. 運(yùn)行 Materials Studio，生成名稱為My quickstart 的Projec

2、t,或從運(yùn)行菜單中運(yùn)行：所有程序 Accelrys Materials Studio 4.4 Materials Studio,生成一個(gè)Project 目的: 介紹Materials Studio 中 project 概念 模塊: Materials Visualizer,在桌面雙擊快捷方式,選擇此文件夾存放數(shù)據(jù),生成了名稱為My Quickstart 的Project,寫入My quickstart,這樣就產(chǎn)生了新的 Materials Studio project，開始了Materials Studio 運(yùn)行,3. 恢復(fù)project 的默認(rèn)設(shè)置（初學(xué)者不要做此操作） 本教學(xué)過程中，每一個(gè)

3、新的 project 都使用 Materials Studio 自動(dòng)產(chǎn)生的template project 的設(shè)置。保證 My quickstart project 也一樣。,選擇 Tools Settings Organizer ，打開Settings Organizer 對(duì)話框。,1. 點(diǎn)擊此處的Materials Studio icon，選中所有的模塊和圖示工具。,2. 單擊Reset，所有的模塊和圖示工具都恢復(fù)Accelrys默認(rèn)值。,3. 在此可改變模塊和圖示工具的設(shè)置值。初學(xué)者慎用。,在layer builder中試試。,若干次操作后，已有一些參數(shù)設(shè)置。由于錯(cuò)誤等原因，要重復(fù)前面的

4、一個(gè)過程。為保存兩次操作一樣，需返回MS的默認(rèn)設(shè)置。,二. 打開并且觀察3D 文檔 目的: 介紹Materials Studio 中文檔 documents 的概念模塊: Materials Visualizer前提: 已生成一個(gè)Project,Materials Studio 使用了多種類型的文件，如3D Atomistic and Mesoscale、text、chart、 HTML、 study table、grid、script、 和 forcefield documents。在后面進(jìn)行計(jì)算時(shí)，這些文件將逐個(gè)顯示在projects中，反映了計(jì)算的過程。 現(xiàn)在的教學(xué)中, 主要出現(xiàn)的是 3

5、D Atomistic 類型的文件。 本節(jié)課包括以下內(nèi)容: 1. 輸入一個(gè)結(jié)構(gòu) 2. 調(diào)整顯示方式 3. 改變3D 結(jié)構(gòu)的視圖 4. 選擇對(duì)象的不同類型,1. 輸入一個(gè)結(jié)構(gòu) File / Import，打開輸入文件對(duì)話框 （注意，此對(duì)話框也可用工具欄上的輸入按鈕 打開）。 選擇 Examples / Documents / 3D Model / TON.msi，單擊 Import 按鈕。,zeolite Theta-1 unit cell 右鍵旋轉(zhuǎn),這個(gè) 3D Viewer 顯示通常的 zeolite Theta-1 單胞。 文件 TON.xsd 是Project Explorer 中My q

6、uickstart project 的一部分。注意文件的擴(kuò)展名已由.msi 變?yōu)?.xsd，這是3D 結(jié)構(gòu)的 XML-based native Materials Studio 格式。,msi ?,2.調(diào)整顯示方式 在 3D Viewer 上按右鍵，出右鍵菜單，選 Display Style ，Display Style 對(duì)話框中的各選項(xiàng)的意義如下：,Atom 欄： Display Style: Line：線狀模型。 Stick：棍狀模型。 Ball and stick：球棍模型。 CPK：球堆砌模型。 Polyhedron：多面體堆積模型（晶體）。,Atom 欄：用 Line、Stick、B

7、all and stick、 CPK和 Polyhedron display styles 顯示zeolite Theta-1 的結(jié)構(gòu)。最后將顯示方式改為 CPK 。,Line Stick Ball and stick CPK Polyhedron,Lattice 欄： Display style:顯示單個(gè)晶胞或者原胞。 Range：顯示在X、Y、Z 方向上晶胞的數(shù)量。 Lattice:顯示晶胞邊界的風(fēng)格。 用 None、Dashed line、Line和 Stick styles顯示zeolite Theta-1 的結(jié)構(gòu)。 注意3D Viewer邊框的變化 。 將顯示固定在Line。,Non

8、e Dashed line Line Stick,Lighting,* 將箭頭移到右上方，關(guān)閉Lighting對(duì)話框。 * 打開Display Style 對(duì)話框，在 Atom tab 中，選 Ball and stick 。關(guān)閉對(duì)話框。,球上的箭頭指示光的照射方向。將鼠標(biāo)移到球上，鼠標(biāo)變成手形，按左鍵，拖動(dòng) 球，改變光的照射方向。,在TON.xsd 的 3D Viewer 上單擊右鍵，選擇 Lighting 選項(xiàng)，該選項(xiàng)將指定加光情況。在此選項(xiàng)卡內(nèi)可以設(shè)定三個(gè)光源，并改變光源的照射位置（照射位置用箭頭顯示）。,3. 改變3D結(jié)構(gòu)的視圖,Rotate:旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)視圖。使用三鍵鼠標(biāo)，右鍵是旋轉(zhuǎn)操作

9、。 Zoom:向上或者右側(cè)拖動(dòng)可以增大所選結(jié)構(gòu)的視圖；向下或者向左側(cè)拖動(dòng)會(huì)縮小所 選結(jié)構(gòu)的視圖。使用三鍵鼠標(biāo)，也可用鼠標(biāo)上的滾輪進(jìn)行3D結(jié)構(gòu)的放大、縮小。 Translation:將結(jié)構(gòu)沿著不同的方向平移。 對(duì)于三鍵鼠標(biāo)來說，左鍵執(zhí)行所選操作，右鍵則是旋轉(zhuǎn)操作，同時(shí)按下左健和右鍵 則會(huì)完成縮放操作。此外還可以將鍵盤和鼠標(biāo)聯(lián)用來完成上述操作。 以下操作將改變3D結(jié)構(gòu)的位置： Fit to View:根據(jù)窗口的尺寸，為3D 結(jié)構(gòu)選擇合適的大小。 Recenter:將結(jié)構(gòu)放置到窗口的中心，結(jié)構(gòu)大小不變。若選中一個(gè)原子，則將此原 子移到窗口的中心，整體3D結(jié)構(gòu)不變。 Reset View:將結(jié)構(gòu)放置到

10、窗口中原來的位置，并恢復(fù)原有大小。,通過選擇相應(yīng)的工具并在3D 結(jié)構(gòu)上拖動(dòng)來改變結(jié)構(gòu)視圖。,可以使用3D Viewer 工具欄上的工具來改變3D 視圖。,3D Viewer工具欄,4. 選擇不同的對(duì)象：如原子或鍵,3D Viewer Selection Mode 按鈕,在3D View 工具欄上選擇3D Viewer Selection Mode ，并通過單擊原子、鍵來選擇相應(yīng)的對(duì)象。單擊,* 按住鼠標(biāo)左鍵，沿斜線托拽，可以選擇一定區(qū)域內(nèi)的所有對(duì)象，包括原子和鍵。,* 單擊一個(gè)鍵，此鍵的顏色改變，說明被選中。,* 在TON 結(jié)構(gòu)上單擊選中的原子，此原子顏色改變，說明被選中。,此區(qū)域的原子和鍵都

11、被選中,鍵被選中,原子被選中,* 在結(jié)構(gòu)中的某個(gè)原子或鍵上雙擊鼠標(biāo)可以選擇整個(gè)結(jié)構(gòu)。 * 在3D Viewer 上無TON 結(jié)構(gòu)的地方單擊或雙擊鼠標(biāo)，則取消對(duì)象的選擇。 * 需要將結(jié)構(gòu)保存為project的一部分時(shí)，單擊3D Viewer 的 ，再按 Yes 按鈕。 * File / Save Project ，Windows / Close All,引言 化學(xué)家不得不每天處理大量的小分子和化學(xué)中間體?？焖偕稍擃惙肿訉?duì)于每一個(gè)分子建模環(huán)境都是非常重要的。苯甲酰胺分子就是這樣一種小分子，在下邊我們將以該分子作為例子，進(jìn)行研究工作。 1. 生成新的3D文檔 2. 設(shè)置球棍模型為默認(rèn)顯示方式 3.

12、 繪制分子環(huán)和原子鏈 4. 繪制氧原子 5. 編輯原子類型 編輯鍵的類型 7. 添加氫原子并調(diào)整分子結(jié)構(gòu) 8. 將分子的凱庫勒(Kekul)式轉(zhuǎn)化為共軛結(jié)構(gòu)(resonant bond representation) To monitor and adjust distances,三. 繪制苯甲酰胺分子 目的: 介紹Materials Visualizer 中的繪圖工具sketching tools 模塊: Materials Visualizer 前提: 已生成一個(gè)Project,下面建造苯甲酰胺結(jié)構(gòu)：,1. 生成新的3D文檔 在菜單上選擇File / New，并且選擇3D Atomisti

13、c 后單擊OK。此時(shí)文件名稱出現(xiàn)在左側(cè)的Project Explorer 中，名稱為3D Atomistic.xsd，在其上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇Rename ，將名稱改為my-benzamide。,選擇 File / Save 或單擊工具欄上的 Save button 。這樣就在my quickstart project 中建立了新的 my_benzamide.xsd 3D文件。,2. 設(shè)置球棍模型為默認(rèn)顯示方式 從菜單欄中選擇 Modify / Default Atom Style ，打開 Default Atom Style 對(duì)話框。在Display Style中選擇Ball and sti

14、ck 。單擊 Close button 關(guān)閉 Default Atom Style 對(duì)話框。 這樣在本project 中，默認(rèn)顯示方式被設(shè)置為 ball and stick。,此時(shí)按下 ALT key ，單擊鼠標(biāo)左鍵，則出現(xiàn)一個(gè)具有 with resonant bonds 的芳香環(huán)(aromatic ring)。,在繪圖工具欄(Sketch toolbar) 上單擊Sketch Ring 按鈕 ，松開，然后鼠標(biāo)移動(dòng)到3D文檔中。這時(shí)鼠標(biāo)看起來象一只鉛筆，其右側(cè)的數(shù)字表示將要繪制的環(huán)上的原子數(shù)(可以在鍵盤上按下數(shù)字鍵3-8 來改變環(huán)的大?。＿@里鍵入6，在3D Viewer上單擊左鍵，則出現(xiàn)一個(gè)

15、六邊形的碳環(huán)。,Sketch toolbar,3. 繪制分子環(huán)和原子鏈,Sketch Atom 按鈕 可以畫任意元素的原子，默認(rèn)畫碳原子。下面要將雙碳原子側(cè)鏈接到環(huán)上。 在繪圖工具欄(Sketch toolbar) 上單擊Sketch Atom 按鈕 ，松開，然后鼠標(biāo)移動(dòng)到環(huán)的3D文檔中，這時(shí)鼠標(biāo)看起來象一只“鉛筆”。將“鉛筆”移到環(huán)的一個(gè)碳原子上，這個(gè)碳原子變藍(lán)。左鍵單擊此碳原子，將鍵連接到該原子上。移動(dòng)“鉛筆”并在3D的合適位置單擊左鍵，設(shè)置另一個(gè)碳原子。鍵自動(dòng)加在此碳原子與環(huán)之間。將“鉛筆”移到另一位置，雙擊左鍵，又畫出一個(gè)碳原子。這樣就作出了連到碳環(huán)上的一個(gè)雙碳原子鏈。 另一種終止鏈延

16、續(xù)的方法：在3D的某一合適位置單擊左鍵，畫出最后一個(gè)碳原子，然后 按一下鍵盤上的ESC 鍵即可?；瘜W(xué)鍵 自動(dòng)加在新畫的碳原子之間。 注意，對(duì)錯(cuò)誤操作，可用工具欄上的Undo按鈕 取消。,4. 繪制氧原子 單擊 ，則 激活。在其下拉選項(xiàng)中，選擇Oxygen。將鼠標(biāo)移到側(cè)鏈的第一個(gè)碳原子上，這個(gè)碳原子變藍(lán)。左鍵單擊此碳原子，將鍵連接到該原子上。移動(dòng)鼠標(biāo)并在3D的合適位置雙擊左鍵，這樣設(shè)置了一個(gè)氧原子，終止了鏈的延續(xù)。,在 3D Viewer 工具欄上，單擊 3D Viewer Selection Mode 按鈕 。 如果 3D Viewer 工具欄 沒有出現(xiàn)， 在View / Toolbars 中

17、選 3D Viewer即可。,現(xiàn)在處于原子和鍵的選擇模式 (selection mode)。,5. 編輯原子類型,左鍵單擊側(cè)鏈的終端碳原子，選中后此碳原子變?yōu)辄S色， Sketch 工具欄中Modify Element 按鈕 被激活。,一般選中某個(gè)原子后，在Modify 菜單下的Modify Element 中選擇Oxygen或其它原子來改變?cè)宇愋汀?點(diǎn)擊Modify Element 按鈕 右側(cè)的箭頭，在下拉選項(xiàng)中選擇 Nitrogen，則碳原子變?yōu)榈印?在3D Viewer的任意位置點(diǎn)擊左鍵，取消原子選擇。,總之，首先選擇兩個(gè)原子之間的鍵，然后在Sketch 工具欄上的Modify Bo

18、nd Type 按鈕來改變鍵的類型，同樣的選項(xiàng)也可以在Modify 菜單下的Modify Bond Type 中找到。 如果要選擇多個(gè)原子或鍵，請(qǐng)按下Shift 后再進(jìn)行選擇。如要取消選擇，請(qǐng)?jiān)诮Y(jié)構(gòu)外單擊鼠標(biāo)左鍵。,* 在3D Viewer 結(jié)構(gòu)外的任意處單擊左鍵，取消選擇。,6. 編輯鍵的類型,* 按住 SHIFT key，交替單擊環(huán)上的三個(gè)鍵。如圖，這樣就選中了四個(gè)鍵： 3個(gè) C-C bonds 和一個(gè) C-O bond。,* 點(diǎn)擊 Modify Bond Type 按鈕 右側(cè)的三角，在下拉選項(xiàng)中選擇Double Bond 。四個(gè)選中的鍵都成了雙鍵。,* 在 3D Viewer上，單擊 C

19、-O bond ，鍵變成黃色，表明已經(jīng)選中。 Modify Bond Type 按鈕 同時(shí)激活。,7. 調(diào)整氫原子并進(jìn)行整理,這樣調(diào)整過的幾何結(jié)構(gòu)中，分子的鍵、鍵角和扭轉(zhuǎn)角都會(huì)變得具有化學(xué)合理性。,可以通過程序自動(dòng)加氫而不需要單獨(dú)的為每個(gè)原子加上合適的氫原子。,* 在Sketch工具欄上，單擊Auto Hydrogen 按鈕 ，為結(jié)構(gòu)加入適當(dāng)數(shù)目的氫原子。,8. 將分子的凱庫勒式轉(zhuǎn)化為共軛結(jié)構(gòu),* 單擊Calculate 按鈕。則苯基環(huán)的成鍵顯示為resonant bonding representation。 * 單擊關(guān)閉按鈕 ，關(guān)閉Bond Calculation 對(duì)話框。,Materia

20、ls Studio的 Bond Calculation 工具很方便地進(jìn)行 Kekul 和 resonant 兩種 bonding representation 之間的轉(zhuǎn)換(在共軛結(jié)構(gòu)和凱庫勒式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化)。,* 選擇 Build /Bonds ，打開Bond Calculation 對(duì)話框。 * 在 Bonding Scheme欄中的選項(xiàng)部分，確定Convert representation to 被選中，并在右側(cè)的下拉菜單中選擇Resonant (默認(rèn)為 Kekule 結(jié)構(gòu)) 。,* 選擇 Edit | Undo Calculate Bonds 或單擊 Undo按鈕 ，苯基環(huán)的成鍵恢復(fù)為K

21、ekul 表示。,說明： * Kekul結(jié)構(gòu)為早期對(duì)苯環(huán)成鍵的認(rèn)識(shí)，但不便結(jié)構(gòu)拓?fù)洹?Resonant結(jié)構(gòu) 表示了成鍵電子離域，是人們對(duì)苯環(huán)結(jié)構(gòu)的更實(shí)際的認(rèn)識(shí)。 * 可以用 Undo 按鈕右側(cè)的箭頭進(jìn)行多步恢復(fù)。,作業(yè)1：指出哪門課講到Kekul結(jié)構(gòu)？哪門課講到Resonant結(jié)構(gòu)？,9. 監(jiān)控和調(diào)整原子間距離,Measure/Change tool,在MS Studio 中，可以使用繪圖工具欄(Sketch toolbar)中的 Measure/Change 工具，對(duì)任意結(jié)構(gòu)中的原子間距、鍵角和扭轉(zhuǎn)角進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)整。,* 移動(dòng)鼠標(biāo)到O原子上，O原子變藍(lán)后，單擊鼠標(biāo)左鍵，O原子上出現(xiàn)十字叉絲。

22、,* 移動(dòng)鼠標(biāo)到與O原子相連的C原子上，C原子變藍(lán)后，單擊鼠標(biāo)左鍵，這時(shí)這兩個(gè)原子之間的距離會(huì)顯示出來，數(shù)值為紅色，單位為ngstroms 。,* 點(diǎn)擊Measure/Change 右側(cè)的選擇箭頭，在下拉菜單中選中Distance。,* 3D Viewer圖上，鼠標(biāo)右側(cè)有 標(biāo)識(shí)。原子間距離顯示為紅色。在分子外合適的地方，按住鼠標(biāo)左鍵，向上移動(dòng)鼠標(biāo)，則 C-O 伸長。長至0.999時(shí)停下。點(diǎn)擊 Clean 按鈕 ，鍵長由0.999變回0.511。 對(duì)于成鍵原子(或者完全不相關(guān)原子)，可以通過在窗口中按住鼠標(biāo)左鍵進(jìn)行拖動(dòng)來改變相互之間距離（第一個(gè)選中的原子將會(huì)被固定）。角度和扭轉(zhuǎn)角的操作同上。,*

23、 點(diǎn)擊 3D Viewer 上的Rotation Mode ，旋轉(zhuǎn)分子模型，從不同角度觀察。注意，表示CO原子間距的的數(shù)字已由紅色改變?yōu)榫G色inactive，不能拉伸鍵長。,* 可以用Materials Studio窗口左側(cè)的Properties Explorer 看分子的信息,說明：完成分子建模后，就可以使用View | Explorers | Properties Explore 來查看所構(gòu)造分子的信息了。 Properties Explore 可以自動(dòng)顯示所選對(duì)象的性質(zhì)，包括原子、鍵、分子以及距離、角度和扭轉(zhuǎn)角等?？梢栽谙鄳?yīng)條目上雙擊鼠標(biāo)左鍵進(jìn)行改動(dòng)，改變后的變化會(huì)出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上。 在 b

24、enzamide 分子上單擊某個(gè)原子或鍵，選中(顏色變黃)，則Properties Explorer 自動(dòng)顯示選中對(duì)象的性質(zhì)。 可以對(duì)選中對(duì)象的性質(zhì)進(jìn)行編輯。如單擊CO鍵，此鍵變黃色。在Properties Explorer中， 雙擊 BondType，打開Edit BondType 對(duì)話框。點(diǎn)擊選擇箭頭，出現(xiàn)下拉菜單，在其中選擇Double, 然后點(diǎn)擊 OK 按鈕，則單鍵變?yōu)殡p鍵，這是正確的。 選擇 File / Save 或單擊工具欄上的 Save 按鈕 ，這樣就在my quickstart project中保存了 my_benzamide.xsd 3D文件。 關(guān)閉 3D view 。,四

25、. 觀察并且處理研究表格文檔 目的： 介紹Materials Studio 中研究表格(study tables ) 的概念。 模塊： Materials Visualizer 前提： 已建立一個(gè) project,引言 Study tables 是Materials Studio工作流中的重要的一部分，這些文檔(.sdf)都會(huì)以電子數(shù)據(jù)表的形式顯示，包括了數(shù)學(xué)表達(dá)賦值和對(duì)已有化學(xué)數(shù)據(jù)的控制。其中每一個(gè)單元格都可以包含字符串、3D 分子模型和圖表。 這一部分告訴使用者如何打開 study table，輸入分子結(jié)構(gòu)，計(jì)算輸入分子的一些基本性質(zhì)。,內(nèi)容 1. 打開一個(gè)新的研究表格文檔 2. 將分子模

26、型輸入到研究表格中 3. 在研究表格中觀察分子結(jié)構(gòu) 4. 從Project Explorer 中插入分子模型 5. 研究表格支持的其它文件格式 6. 基本描述符的計(jì)算 7. 處理研究表格中的數(shù)據(jù),1. 打開一個(gè)新的研究表格文檔 從File 菜單中選擇New，單擊New打開 New Document 對(duì)話框， 選擇 Study Table， 單擊 OK 按鈕。 或者在常規(guī)工具欄上選擇New，甚至可以在Project 對(duì)話框上單擊右鍵選擇New。,出現(xiàn),新建的study table 文件以電子數(shù)據(jù)表的形式， 顯示在 Study Table Viewer上。下面介紹如何在表中插入分子。,2. 將分子

27、模型輸入到研究表格中,從Edit 菜單中選擇Insert From ，單擊Insert From，打開Insert Into Active Document對(duì)話框。雙擊Structures，顯示出不同類型的物質(zhì)。在origanics上雙擊，打開有機(jī)物文件夾，按住shift，左鍵點(diǎn)擊所有.msi 文件，都選中。然后單擊Insert 按鈕，將選中的有機(jī)分子插入到study table中。,1. Edit / Insert From,2.單擊Insert From，雙擊Structures。,3.雙擊origanics,5.按住shift，左鍵點(diǎn)擊 所有.msi 文件，全選。,4. 顯示有機(jī)物,3.

28、 在研究表格中觀察分子結(jié)構(gòu) 表格的列A 中包括了分子的名稱和3D 結(jié)構(gòu)文件圖標(biāo)，可以通過簡單的雙擊該圖標(biāo)觀察分子結(jié)構(gòu)。雙擊包含135benz的單元格，出現(xiàn)135benz的結(jié)構(gòu)。,雙擊,可以操縱該3D結(jié)構(gòu)，例如編輯、縮放、平移、旋轉(zhuǎn)等。 將苯環(huán)上的一個(gè)H原子改為甲基。左鍵單擊三個(gè)H原子中的一個(gè)，顏色變黃，表示已選中。點(diǎn)擊Modify Element 按鈕 的選擇箭頭，下拉菜單中有不同的元素，選擇C，這樣苯環(huán)上的H原子就變成了C原子。,H原子就變成了C原子,單擊 Adjust Hydrogen 按鈕 ，將3個(gè)H原子加到新的C上；單擊Clean按鈕 ，初調(diào)結(jié)構(gòu)。,單擊 Commit Edit To

29、Study Table按鈕 ，然后用 關(guān)閉 Study Table Detail View 。,4. 從Project Explorer 中插入分子模型 分子模型建好后，可以將其插入到研究表格中。如將前面作好的my-benzamide分子插入研究表格，過程如下： 在Project Explorer 中單擊研究表格，使其成為當(dāng)前文檔，然后在要插入的my-benzamide文件名上單擊右鍵，選擇Insert Into。則建好的分子結(jié)構(gòu)插入到表格的最后一行中。在研究表格中雙擊my-benzamide，則出現(xiàn)其3D結(jié)構(gòu)。,6. 基本描述符的計(jì)算 研究表格的頂頭一行，包含了列標(biāo)A、B等單元格，被稱為列頭

30、。第二行，包含了對(duì)該列內(nèi)容的描述，例如“Structure”，被稱為列描述。 當(dāng)計(jì)算完多個(gè)模型的性質(zhì)之后，其值會(huì)出現(xiàn)在研究表格中。 例如，在研究表格中雙擊 ， 則出現(xiàn)my-benzamide的3D結(jié)構(gòu)。,然后在Model 按鈕 右側(cè)的下拉選項(xiàng)中，單擊QSAR Job，設(shè)置見右圖，用本地機(jī)計(jì)算。,5. 研究表格支持的其它文件格式 研究表格也支持3D 周期體系，如晶體和無定型晶胞結(jié)構(gòu)；支持圖表文件、軌跡文件(.xtd)文件的輸入，軌跡文件的每一個(gè)楨都會(huì)放置到研究表格的一行上。 注意：研究表格不支持Mesoscale 文件。,然后在 按鈕右側(cè)的下拉選項(xiàng)中，單擊的Model。在出現(xiàn)的對(duì)話框中，選擇Ou

31、tput列的Element Count；按下Ctrl 鍵，再選擇Atom count 。,注意：進(jìn)行Element Count 計(jì)算時(shí)默認(rèn)選項(xiàng)為計(jì)算分子中碳原子的數(shù)量，要改變默認(rèn)，可雙擊Element Count 條目，也可單擊對(duì)話框右上角的Edit Model按鈕 ，在彈出的對(duì)話框中，打開Input 部分，選擇要計(jì)算的元素；類似的操作對(duì)于其他計(jì)算同樣有效。這里選O原子。Save后，關(guān)閉此對(duì)話框。,如圖，排列激活順序。否則Run是灰色的，處于非激活狀態(tài)。單擊 Run 按鈕， 幾秒鐘后出現(xiàn)任務(wù)完成信息，點(diǎn)擊上面的OK，再關(guān)閉對(duì)話框。,1,3,2,計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)在 D、 E兩列中，顯示my-benz

32、amide 分子共有16個(gè)原子，其中1個(gè)是O原子。,利用研究表格，可以同時(shí)計(jì)算A列中所有的結(jié)構(gòu)。 選擇列A（單擊研究表格上的A，整個(gè)列變成藍(lán)色，表示被選中，任何時(shí)候都可以使用Esc 鍵取消選擇）。,在所有3D文件都被選中的情況下，單擊QSAR Models 工具欄的Model 按鈕 ，在出現(xiàn)的對(duì)話框中，選擇Output列的Element Count；按下Ctrl 鍵，再選擇Atom count 。,雙擊Element Count 條目，也可單擊對(duì)話框右上角的Edit Model按鈕 ，在彈出的對(duì)話框中，打開Input 部分，選擇C原子，恢復(fù)默認(rèn) （進(jìn)行Element Count 計(jì)算時(shí)默認(rèn)選項(xiàng)

33、為計(jì)算分子中碳原子的數(shù)量）。Save后，關(guān)閉此對(duì)話框。,單擊 Run 按鈕， 幾秒鐘后出現(xiàn)任務(wù)完成信息，點(diǎn)擊上面的OK，再關(guān)閉對(duì)話框。,計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)在 B、 C兩列中，分別顯示各個(gè)分子中的原子數(shù)和其中的碳原子數(shù)。如果計(jì)算前B、C列已存在，則顯示結(jié)果的列順延為D、E。,7. 處理研究表格中的數(shù)據(jù) 左鍵單擊B，選擇列B。選擇Study Table Viewer 工具欄上的Filter Selection按鈕 ，則只有列B被顯示，其它部分都被去除。此方法適合于表格內(nèi)數(shù)據(jù)非常多的情形，使用此方法可以清楚地看到所需要的內(nèi)容。此命令對(duì)于某行來說同樣有效。,如果工具欄中沒有 ，則用下面步驟顯示Study T

34、able Viewer 工具條。,恢復(fù)filtering前的Study Table： 單擊Filter Selection 按鈕 右側(cè)的 選擇箭頭，在下拉菜單中選擇Show All ，所有的數(shù)據(jù)都恢復(fù)了。,選中Study Table 表的 B列, 單擊 Sort Ascending 按鈕 ，則數(shù)據(jù)按原子數(shù)上升的方式排列。,選中Study Table 表的 B列, 單擊 Quick Plot 按鈕 ，則表中的數(shù)據(jù)以圖的方式顯示（.xcd文件）。這就是將相關(guān)性質(zhì)對(duì)行數(shù)作圖。,選中C列，如圖，按右鍵，增加一列D。,選中空的 D列, 單擊 Define Function 按鈕 ，彈出 Define F

35、unction 對(duì)話框。在 Expression 文本框中，寫入 C/B。 Name 欄中，寫入 Ratio。在 Description 欄中，寫入 Fraction of carbon。單擊 OK 按鈕。 說明，這里是自定義函數(shù)，具體過程類似于微軟Excel 中的函數(shù)功能。,D列是每個(gè)分子中C原子的比例。選擇 Window / Close All 關(guān)閉窗口保存時(shí)選Yes to All 。,五. 處理分子晶體：尿素 目的: 介紹晶體建模工具 模塊: Materials Visualizer 前提: 已有一個(gè) project 引言 在工業(yè)制造過程的某些階段，醫(yī)藥、農(nóng)藥、色素、染料、專用化合物以及

36、爆炸物等都是晶體材料。對(duì)這些材料進(jìn)行模擬，可以擴(kuò)展我們對(duì)它們的認(rèn)識(shí)，最終幫助我們控制其性質(zhì)，例如溶解性、儲(chǔ)藏期限、形態(tài)、生物藥效率、顏色、抗震性、氣壓和密度等。在本練習(xí)中，我們將使用尿素作為一個(gè)簡單的例子進(jìn)行分子晶體材料的模擬。 內(nèi)容 1. 打開分子晶體文檔 2. 計(jì)算氫鍵 3. 調(diào)整晶胞顯示的范圍 4. 改變晶胞顯示風(fēng)格 5. 檢查urea晶體中氫鍵的連接,1. 打開分子晶體文檔 * File / Import，打開輸入結(jié)構(gòu)對(duì)話框。 * Examples / Documents / 3D Model / urea.msi，單擊 Import 按鈕，輸入 urea晶體的晶胞結(jié)構(gòu)。 * 注意，文

37、件由 .msi 改為 .xsd。,2,7,6,5,4,3,1,計(jì)算完成后，氫鍵以藍(lán)色的虛線顯示。,2. 計(jì)算氫鍵 * 從菜單中選擇Build / Hydrogen Bonds，該操作會(huì)打開氫鍵計(jì)算對(duì)話框。 * 注意，你可以使用不同的方案和鍵幾何參數(shù)來計(jì)算氫鍵，可以產(chǎn)生并保存自己的方案。 * 在這里，我們將使用默認(rèn)的設(shè)置，單擊Calculate按鈕 。 * 注意，該計(jì)算也可以在Atom and Bond 工具欄上，使用Calculate Hydrogen Bond 按鈕 來進(jìn)行計(jì)算。 * 單擊 ，關(guān)閉Hydrogen Bond Calculation 對(duì)話框。,1,2,3,4,作業(yè)2：什么是氫鍵

38、？,3. 調(diào)整晶胞顯示的范圍 在urea的3D viewer上單擊右鍵，在快捷菜單中打開Display Style對(duì)話框，點(diǎn)擊Lattice 欄，將Display 部分沿X、Y、Z 軸方向的最大晶胞數(shù)（Max）改為2.0。那么現(xiàn)在我們就可以得到一個(gè)2x2x2 的尿素晶體了，更清楚地看到氫鍵。,3,2,1,4. 改變晶胞顯示風(fēng)格 在Lattice 欄中，選擇None，關(guān)閉對(duì)話框，將去除晶胞邊界線。,5. 檢查urea晶體中氫鍵的連接 *單擊 Reset View 按鈕 ，然后使用鍵盤上的上、下、左、右鍵，按照45為單位旋轉(zhuǎn)晶胞，觀測(cè)氫鍵網(wǎng)絡(luò)。,* 也可在urea3D viewer上按右鍵，或用

39、連續(xù)旋轉(zhuǎn)晶胞。 * 用 關(guān)閉 urea.xsd ，按 save保存。,Up key,六. 構(gòu)造石英晶體 目的: 介紹晶體建模工具 模塊: Materials Visualizer 前提: 已有一個(gè) project 引言 對(duì)無機(jī)晶體材料進(jìn)行建模是一個(gè)重要的領(lǐng)域，特別是對(duì)于有關(guān)的應(yīng)用，例如多相催化劑的設(shè)計(jì)（如沸石催化劑），在石油、天然氣探測(cè)中的礦物采樣分析等。本教案通過構(gòu)造石英晶體，介紹一些Materials Studio晶體建模的功能。 內(nèi)容 1. 建立石英晶體 2. 加入硅原子和氧原子 3. 對(duì)比石英晶體結(jié)構(gòu)的兩種版本,1. 建立石英晶體 * File / New. ，在出現(xiàn)的對(duì)話框中，選 3

40、D Atomistic ，然后單擊 OK 按鈕，打開一個(gè)新的3D Viewer 。 * 在Project Explorer 中，新的3D Viewer 是 3D Atomistic.xsd 。選中 3D Atomistic.xsd，按右鍵， 選擇 Rename ，鍵入 my_quartz_alpha ，按ENTER 完成命名。,1,6,2,3,5,4,* 選擇 File / Save ，這樣就在my quickstart project 中建立了一個(gè)名為my_quartz_alpha.xsd 的 3D Atomistic 文檔。,* 在新建的my_quartz_alpha.xsd 3D 文檔中

41、，從Build 菜單選擇Crystal下的 Build Crystal.，打開相關(guān)的晶體模建對(duì)話框。在Space Group 欄中，選擇 Enter Group，輸入P3221，并且按下Tab 鍵進(jìn)行確認(rèn)。也可以從下拉菜單中選 擇該空間群；如果你知道該空間群的序號(hào)，也可以直接輸入該序號(hào)。 * 在Lattice Paramenters 欄中，在相應(yīng)的地方輸入Alpha 石英的晶胞參數(shù)a 和 c ，a=4.910 ， c=5.402 。 注意，一旦選中了空間群，那么相應(yīng)的晶胞參數(shù)b, , , 和 就會(huì)依據(jù)群的 限制，被自動(dòng)設(shè)定。 * 按下Build 按鈕，一個(gè)空的晶胞就會(huì)出現(xiàn)在文檔中，關(guān)閉對(duì)話框。

42、,1,2,3,4,5,6,8,7,9,10,空晶胞,2. 加入硅原子和氧原子 由于已經(jīng)定義好了晶體的對(duì)稱性，只需要加入一個(gè)硅原子和一個(gè)氧原子，那么根據(jù)對(duì)稱操作，會(huì)產(chǎn)生整個(gè)晶體的相應(yīng)原子。 從Build 菜單中選擇Add Atom。此選項(xiàng)會(huì)打開Add Atom 對(duì)話框，也可以在Atom and Bond 工具欄上單擊Add Atoms按鈕 ，打開Add Atom 對(duì)話框。 進(jìn)入Options 欄，確認(rèn)Test for bonds as atoms are created 被選中。當(dāng)該選項(xiàng)被選中的時(shí)候， Materials Studio 會(huì)在晶體建造過程中，自動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)的鍵。 Materials

43、Studio也有一個(gè)通用的Bond Calculation 工具，可以從Build 菜單中調(diào)用，該工具允許你選擇、編輯并定義最佳的成健方案。在本例中，默認(rèn)值就已經(jīng)足夠了。 仍然在Options 欄中，確認(rèn)Coordinatie System 是Fractional。,打開Add Atom 對(duì)話框,進(jìn)入到Atoms 欄中，從Element 下拉菜單中選擇Si，并輸入相應(yīng)的a、b、c 數(shù)據(jù)。a=0.480781, b=0.480781, c=0.0。 Si 原子和其對(duì)稱原子加入到晶胞內(nèi)。,1,2,3,4,6,5,同樣的，我們可以加入氧原子。氧原子的參數(shù)為a=0.150179，b=0.414589，

44、c=0.116499。氧原子和其對(duì)稱原子加入到晶胞內(nèi)，程序會(huì)自動(dòng)計(jì)算并加入相關(guān)的鍵。,3,2,1,原子加入后檢查晶體對(duì)稱性，序號(hào)沒變，正確。 若原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)有誤，對(duì)稱性改變。,3. 對(duì)比石英晶體結(jié)構(gòu)的兩種版本 下面對(duì)比Materials Studio結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中的Alpha石英晶體和自構(gòu)造的Alpha石英晶體。 按下列路徑輸入數(shù)據(jù)庫中的Alpha 石英晶體， File / Import. / Examples / Documents / 3D Model / quartz_alpha.msi，單擊import按鈕。 Project Explorer中出現(xiàn)quartz_alpha.xsd文檔。

45、,* 從Windows 菜單中選擇Tile Vertically 將兩個(gè)結(jié)構(gòu)橫向平鋪。轉(zhuǎn)動(dòng)方向，使二者取向盡可能相近，以便比較結(jié)構(gòu)。由右圖可見，晶胞外有O原子。,* 在my_quartz_alpha.xsd上打開Display Style ，在Lattice 欄中，從Style 下拉菜單中選擇In-Cell，則晶胞外的原子都會(huì)被去除，兩個(gè)結(jié)構(gòu)現(xiàn)在都以同一格式顯示。 注意：也可以使用Build 菜單下的Crystal 的Rebuild 命令來進(jìn)行。,* Materials Studio 提供了 3D Atomistic Collection documents ，在這樣的文件中，可以顯示幾組原子

46、或分子，組與組之間無作用。用于晶體與晶體之間、分子與分子之間結(jié)構(gòu)的比較。 * File / New. 打開 New Document 對(duì)話框，選中 3D Atomistic Collection ，單擊 OK 按鈕。,* 在 Project Explorer中，選中 my_quartz_alpha.xsd ，單擊右鍵，選擇 Insert Into 。則my_quartz_alpha.xsd 結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在3D Atomistic Collection.xod中。 對(duì) quartz_alpha.xsd重復(fù)此操作。這樣my_quartz_alpha.xsd和quartz_alpha.xsd兩個(gè)結(jié)構(gòu)都出

47、現(xiàn)在3D Atomistic Collection.xod中。,* 在3D Atomistic Collection.xod中， 可用鍵盤上的上、下、左、右鍵轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)重疊結(jié)構(gòu)，從多個(gè)角度觀察二者是否重合。由下圖可見，兩個(gè)版本的結(jié)構(gòu)一致。,* 同樣，將my_quartz_alpha.xsd和TON.xsd兩個(gè)結(jié)構(gòu)都放在3D Atomistic Collection.xod中。由下圖可以看出，二者結(jié)構(gòu)不重合。,* 保存文件 File / Save Project 關(guān)閉窗口 Window / Close All,七. 建造聚甲基丙烯酸甲酯 目的: 介紹聚合物建模工具 模塊: Materials Vi

48、sualizer 前提: 已有一個(gè) project 引言 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一種重要的商業(yè)熱塑性材料，在玻璃、上光等行業(yè)有重要應(yīng)用。生產(chǎn)上通常使用過氧化物(或含氮的前驅(qū)物），或者通過加熱、光化學(xué)引發(fā)，通過甲基丙烯酸甲酯自由基的聚合反應(yīng)，合成聚甲基丙烯酸甲酯。在這個(gè)例子中，將使用MS 的聚合物建模工具來構(gòu)造全同立構(gòu)PMMA 的20 個(gè)基體，進(jìn)而進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的模擬和研究。 注意MS Modeling 允許構(gòu)造均聚物(homopolymers)、嵌段共聚物(block copolymers)、無規(guī)共聚物(random copolymers)和多分叉枝晶聚合物(dendrimers)。

49、內(nèi)容 1. 構(gòu)造全同立構(gòu)PMMA 2. 選擇并且標(biāo)記一個(gè)單獨(dú)的重復(fù)單元 3. 研究結(jié)構(gòu),1. 構(gòu)造全同立構(gòu)PMMA * 選擇Build 菜單中Build Polymers 下的Homopolymer。均聚物對(duì)話框出現(xiàn)。,* 在Polymerize 欄單擊Library 下拉菜單，找到acrylates。在Repeat Unit 下拉菜單選擇methyl_methacrylate，,* 現(xiàn)在檢查Tacticity 下拉菜單。 注意：在立構(gòu)規(guī)正度(Tacticity)中包括了等規(guī)立構(gòu)(Isotactic)、間規(guī)立構(gòu)(Syndiotactic)和無規(guī)異構(gòu)(Atactic)三種。此時(shí)選擇等規(guī)立構(gòu)(Isoactic)。