Materials Studio官方教程(Help-Tutorials)- 使用层状建模工具
好酷屋教程网小编为您收集和整理了Materials Studio官方教程(Help-Tutorials)- 使用层状建模工具的相关教程:背景:我们在进行分子模拟工作时,很多情况下都会碰到表界面问题,譬如:聚合物与金属表面的相互作用,材料界面处的相互作用等等。MaterialsVisualizer给我们提供了一个方便构建这种层状结构的
背景:我们在进行分子模拟工作时,很多情况下都会碰到表界面问题,譬如:聚合物与金属表面的相互作用,材料界面处的相互作用等等。Materials Visualizer给我们提供了一个方便构建这种层状结构的工具,本节将介绍这个工具的使用方法。
简介:Build Layers 为使用不同材料类型的构建系统提供了一个简单而强大的解决方案。本教程展示了使用层构建器的两个示例,构建金属-聚合物-金属体系和硅的孪晶界面。
目的:使用层构建器在两个表面和金属-聚合物-金属层状结构之间构建界面。
本教程重要节点:
硅孪晶-构建金属-聚合物-金属体系
1.硅孪晶
a) 导入Si的晶体结构
点击File/Import,选择Structure/semiconductors/Si.msi
注意:Materials Studio自身包含一个结构数据库,这个数据库具体位置如下(X代表Biovia文件夹所在路径),X:\BIOVIA\Materials Studio (version number)\share\structure,在与每个project对应的Document中都有一个Structure文件夹的快捷方式。
在project explorer中会得到一个Si.xsd文件。
b) 构建Si的表面
激活Si.xsd文件,然后点击Build/Surfaces/Cleave Surface,弹出如下窗口:
将Cleave plane(hkl)设置为3 1 0,将Fractional Thickness设置为9,然后点击Cleave
得到一个新的文件Si(3 1 0).xsd,此文件描述的即为Si的(3 1 0)面的结构。
重复以上的操作,得到Si的(-3 1 0)面的结构。
c) 使用Build Layer工具
i) 调整OU和OV的取向
激活Si(3 1 0).xsd文件,在工作区单击鼠标右键,选择Lattice Parameters,并在Advanced中点击Re-orient to standard
对Si(-3 1 0).xsd重复以上操作。
ii) 尝试构建界面
点击Build/Build Layers,弹出以下窗口:
在Define Layers栏,将Si(3 1 0).xsd定义为Layer 1,Si(-3 1 0).xsd定义为Layer 2,选择Build layered structure as a surface,检查Matching,然后点击Build
此时会在Project explorer中生成一个新的文件Layer.xsd,如下图所示:
在Properties explorer中检查上图中原子1和2的分数坐标差异
会发现原子1和原子2的分数坐标在v方向上差了0.1。
iii) 调整、重新构建界面
点击Build/Build Layers,选择Layer Details,如下图所示:
将Layer 2在Origin offset中的v值调整为0.1,此时Build Layers中的其它参数均与步骤ii)中完全相同,然后点击Build
此时在Project explorer中生成一个新的文件Layer (2).xsd。
iv) 得到孪晶界面
此时两个表面基本以uvo面为镜面,只不过两者沿Z方向还有一段距离,接下来的工作就是设法将两个表面移到一块儿并将重叠的原子去掉,从而得到我们需要的孪晶界面。
在Materials Visualizer中存在这样的快捷键用于对原子进行平移操作,即Ctrl+Alt+鼠标右键。但是这种移动的方向主要由鼠标控制,因此可以再添加一个方向键X、Y或则Z,意即Ctrl+Alt+(X/Y/Z)+鼠标右键,不过需要注意,此时X、Y以及Z并不代表坐标轴方向,而是相对于显示屏幕而言,X代表左右移动,Y代表上下移动,Z代表垂直于屏幕方向的移动。
激活Layer (2).xsd文件,然后在3D View Recenter工具的下拉菜单中点击View Across此时得到如下所示的结构图,
点击Edit/Edit Sets,弹出以下窗口:
单击Layer 2,然后点击Select
此时Layer2高亮显示。
按下Ctrl+Alt+Y+鼠标右键,将Layer2向Layer1靠拢,当第一层原子重叠时停止
此时结构如下图:
接下来我们要把重叠原子去掉。
点击Edit/Atom Selection,弹出如下窗口:
在Select by Properties中选择Z Coordinate,并将Equal to更改为Inclusive Range,然后将取值范围设置为-0.1至0.1
Selection mode设置为Select from the existing selection
注意:这一操作是基于之前对于Layer2的Select操作还有效,也就是此时Layer2的原子还处于被选择状态。
点击Select,然后点击键盘上的Delete键
此时完成重叠原子的删除工作。不过有部分化学键因为原子删除而断开,这可以通过如下操作来弥补,
点击Build/Bonds,在弹出窗口中点击Calculate即可
2.构建金属-聚合物-金属体系
1.导入金属表面
在本例中,您将构建一个包含蜡质碳链和铁表面的系统。为此,您需要导入铁晶体并创建它们的超级晶胞。
单击 Import 按钮并导入 Fe.xsd 文件。
在开始之前,您需要将Display Style更改为Ball and stick。
打开“显示样式”对话框。在 Atom 选项卡上,选择 Ball and stick 选项并关闭对话框。
晶体单元的尺寸太小,无法将聚合物包装在上面并计算实际的相互作用。因此,您需要使用 Supercell 工具来增加单元格的大小。
从菜单栏中选择Build | Symmetry | Supercell打开 Supercell 对话框。
将 A 更改为 7,将 B 更改为 3,将 C 更改为 2。单击 Create Supercell 按钮。
2. 制造蜡状聚合物
蜡质聚合物的创建需要您构建聚合物,然后构建包含聚合物的无定形晶胞。
选择菜单栏中的Build | Build Polymers | Homopolymer。
这将打开均聚物对话框。您将构建一个包含 4 个重复单元的乙烯均聚物。由于乙烯是默认的重复单元,您只需更改重复单元的数量。
将Chain length更改为 4。单击Build按钮并关闭对话框。
显示一个短的 8 碳聚合物链。然而,这是对聚合物的理想化描述,并不现实。您可以通过构建包含聚合物的无定形晶胞来改变这一点。无定形晶胞使用改进的Markov process (Allen and Tildesley, 1987),选择键构象概率来解释分子内和分子间非键合相互作用
从 Modules 工具栏中选择 Amorphous Cell并选择 Calculation 或从菜单栏选择 Modules | Amorphous Cell | Calculation。
这将打开无定形晶胞计算对话框。
从任务下拉列表中选择Confined layer。从 Composition 表中 Molecule 列的第一行中选择 Polyethylene.xsd,并将 Loading 设置为 5。
当您更改晶胞中的分子数量时,晶胞参数会发生变化以保持密度恒定。
蜡质聚合物的密度约为 0.7 g/cm3,因此您应该更改目标密度以反映这一点。
将密度从 1 更改为 0.7。
默认单元类型为 3D 周期性,但是,如果您要构建由三层组成的结构,则中间层必须是受限层。当您更改密度时,下一部分中的单元格参数会再次更改。但是,您希望 a 和 b 单元参数与您之前创建的 Fe 超级晶胞的参数相匹配。
单击More…按钮打开“非晶晶胞限制层”对话框。从 Lattice type 下拉列表中选择 Orthorhombic,并将 a 和 b 设置为您为 Fe 超晶胞记下的值。关闭对话框。
单击运行按钮并关闭对话框。
单击“运行”按钮时,项目资源管理器中会显示一个名为“聚乙烯 AC 层”的新文件夹。几秒钟后,Job Explorer 会显示您的作业状态。这包含不同的作业步骤、设置、启动、运行和完成。工作完成后,生成的包含 5 种聚合物的无定形单元显示在 Polyethylene AC Layer 文件夹中的 Polyethylene.xtd 文档中。
使 Polyethylene.xtd 成为活动文档。旋转单元格。
您应该看到聚合物被限制在盒子的一层中。
3.构建分层结构
您将构建一个由金属层、蜡层和第二金属层组成的结构。
从菜单栏中选择Build | Build Layers构建图层。
从 Layer 1 下拉列表中选择 Fe.xsd,为 Layer 2 选择 Polyethylene.xtd,为 Layer 3 选择 Fe.xsd。
您已经定义了图层的内容。
选择Layer Details选项卡。
这包含有关各个层的信息,例如是否存在真空。请注意,没有分配真空。
选Matching选项卡。
此选项卡允许您设置层的晶格参数。由于您已经构建了蜡层以使其与金属层匹配,因此您无需在此处执行任何操作。
选择Options选项卡并选中Configure for confined shear use。
当您在 Amorphous Cell 或 Forcite 中使用具有受限剪切的分层结构时,层需要特殊名称,选中此框可正确设置分层结构。
选择Layer Details选项卡。
现在在第三层上定义了 20.0 Å 的真空。这是为了阻止由于周期性边界条件而与第一层的任何交互。
单击构建按钮并关闭对话框。
这种结构现在可以与 Amorphous Cell 或 Forcite 结合使用来计算蜡的剪切特性。
本入门教程到此结束。
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