1、.,1,MaterialsStudio入門教程,.,2,你將學(xué)到：1.生成Projects2.打開并且觀察3D文檔3.繪制苯甲酰胺分子4.觀察并且處理研究表格文檔5.處理分子晶體：尿素6.建造Alpha石英晶體7.建造多甲基異丁烯酸鹽8.保存Project并結(jié)束,MaterialsStudio入門教程,.,3,1.生成Projects,.,4,(1).運行Materialstudio(2).生成Project,生成Projects,.,5,2.打開并且觀察3D文檔,.,6,(1)調(diào)整顯示風(fēng)格在3D結(jié)構(gòu)上單擊右鍵并選擇DisplayStyle對話框中的各選項的意義如下Atom欄Line：線狀模型

2、Stick：棍狀模型Ballandstick：球棍模型CPK：球堆砌模型Polyhedron：多面體堆積模型（晶體）Lattice欄:Display:顯示單個晶胞或者元胞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,打開并且觀察3D文檔,.,7,(2)改變3D結(jié)構(gòu)的視圖Rotate:旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)視圖。Zoom:向上或者右側(cè)拖動可以增大所選結(jié)構(gòu)的視圖；向下或者向左側(cè)拖動會縮小所選結(jié)構(gòu)的視圖。Translation:將結(jié)構(gòu)沿著不同的方向平移。FittoView: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)放置到窗口中心，結(jié)構(gòu)大小不變。ResetV

3、iew:將結(jié)構(gòu)放置到窗口中原來的位置，并恢復(fù)原有大小,打開并且觀察3D文檔,.,8,(3).選擇對象的各種類型在3DView工具欄上選擇3DViewerSelectionMode。通過單擊原子、鍵來選擇相應(yīng)的對象該對象變?yōu)辄S色表示已經(jīng)被選中。通過鼠標(biāo)的托拽操作可以選擇一定區(qū)域內(nèi)的所有對象，包括原子和鍵。在結(jié)構(gòu)中的某個原子或鍵上雙擊鼠標(biāo)可以選擇整個結(jié)構(gòu)。,打開并且觀察3D文檔,.,9,3.繪制苯甲酰胺分子,.,10,下面是要建造的苯甲酰胺結(jié)構(gòu)：(1).生成3D文檔在菜單上選擇New，并且選擇3DAtomisticDocument后單擊OK此時文件名稱出現(xiàn)。在左側(cè)的ProjectExplorer中

4、，名稱為3DAtomisticDocument.xsd，在其上單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇ReName進(jìn)行改名并進(jìn)行保存。,繪制苯甲酰胺分子,.,11,(2).繪制分子環(huán)和原子鏈在Sketch菜單上選擇SketchRing工具，并移動到文檔中繪制環(huán)（環(huán)的右側(cè)會顯示環(huán)的尺寸，可以在鍵盤上按下數(shù)字鍵3-8來改變環(huán)的大?。，F(xiàn)在選擇SketchAtom工具，移動到環(huán)上，當(dāng)原子變?yōu)榫G色后表示可以進(jìn)行繪制操作。單擊原子將鍵連接到該原子上，然后移動鼠標(biāo)并在合適位置單擊設(shè)置另一個原子。要結(jié)束繪制，請在最后一個原子上雙擊鼠標(biāo)左健或者按下鍵盤上的Esc鍵。,繪制苯甲酰胺分子,.,12,(3).將分子改變?yōu)榍蚬髂Ｐ驮贒is

5、playStyle對話框中進(jìn)行詳細(xì)操作,繪制苯甲酰胺分子,.,13,(4).繪制氧原子在SketchAtom的選項箭頭下選擇氧原子，以相同的方法繪制氧原子。(5).編輯原子類型選中某個原子后，在Modify菜單下的ModifyElement中選擇Oxygen來改變原子類型。或者可以在Sketch工具欄中選擇ModifyElement按鈕來直接改變原子類型。,繪制苯甲酰胺分子,.,14,(6).編輯鍵的類型首先選擇兩個原子之間的鍵，然后在Sketch工具欄上的ModifyBondType按鈕來改變。鍵的類型，同樣的選項也可以在Modify菜單下的ModifyBondType中找到。如果要選擇多個

6、原子或鍵，請按下Shift后再進(jìn)行選擇。如要取消選擇，請在結(jié)構(gòu)外單擊鼠標(biāo)左鍵。,繪制苯甲酰胺分子,.,15,(7).調(diào)整氫原子并進(jìn)行整理可以通過程序自動加氫而不需要單獨的為每個原子加上合適的氫原子。在Sketch工具欄上，單擊AutoHydrogen按鈕為結(jié)構(gòu)加入合適的氫原子。按下Clean按鈕修正結(jié)構(gòu)的幾何，這樣結(jié)構(gòu)中的鍵、鍵角和扭轉(zhuǎn)角都會變得具有化學(xué)合理性。,繪制苯甲酰胺分子,.,16,(8).將共軛結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為凱庫勒式MaterialStudio可以很輕松的在共軛結(jié)構(gòu)和凱庫勒式間進(jìn)行轉(zhuǎn)化。從Build菜單中選擇Bond，此選項將進(jìn)行Bond計算工作。在BondingScheme欄中的選項部

7、分，確定Convertrepresentationto被選中，并在右側(cè)的。下拉菜單中選擇Resonant或者Kekule，會將其轉(zhuǎn)換為另一種對應(yīng)結(jié)構(gòu)。同樣的選項可以在AtomandBond工具欄的Bond按鈕下找到。,繪制苯甲酰胺分子,.,17,(9).監(jiān)控并且調(diào)整距離可以在MaterialStudio的Measure/Change中監(jiān)控并調(diào)整原子間距離、角度和扭轉(zhuǎn)角。在Measure/Change下，選擇Distance。選擇兩個原子，則這兩個原子之間的距離會顯示出來。對于成鍵原子（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)行拖動來。改變相互之間距離（第一個選中的原子將會被固定）。

8、,繪制苯甲酰胺分子,.,18,(9).監(jiān)控并且調(diào)整距離角度和扭轉(zhuǎn)角的操作同上。完成后就可以使用View|Explorers|PropertiesExplore來查看所構(gòu)造分子的信息了。PropertiesExplore可以自動顯示所選對象的性質(zhì)，包括原子、鍵、分子以及距離、角度和扭轉(zhuǎn)角等。可以在相應(yīng)條目上雙擊鼠標(biāo)左鍵進(jìn)行改動，改變后的變化會出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)上。,繪制苯甲酰胺分子,.,19,4.觀察并且處理研究表格文檔,.,20,Studytables是MaterialStudio軟件中重要的一部分。這些文檔(.sdf)都會以電子數(shù)據(jù)表的形式顯示包括數(shù)學(xué)表達(dá)賦值和對已有化學(xué)數(shù)據(jù)的控制。其中每一個單元格

9、都可以包含字符串或者是3D分子模型。,觀察并且處理研究表格文檔,.,21,(1).打開一個新的研究表格文檔從File菜單中選擇New，當(dāng)打開對話框時選擇StudyTableDocument并單擊OK?；蛟诔Ｒ?guī)工具欄上選擇New，甚至可以在Project對話框上單擊右鍵選擇New。(2).將分子模型輸入到研究表格中從Edit菜單中選擇InsertFrom或者在常規(guī)工具欄上選擇InsertFrom按鈕。并選擇要輸入的相應(yīng)文件進(jìn)行輸入。,觀察并且處理研究表格文檔,.,22,(3).在研究表格中觀察分子模型表格的列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)。在出現(xiàn)的圖

10、中會顯示其細(xì)節(jié)信息，可以操縱該結(jié)構(gòu)，例如可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移和縮放操作，但是不能對其進(jìn)行編輯。要進(jìn)行編輯的話需要將分子拷貝到本地的結(jié)構(gòu)文檔中，才能進(jìn)行相應(yīng)的編輯工作。,觀察并且處理研究表格文檔,.,23,(4).從ProjectExplorer中插入分子模型對分子模型修改完成后，可以將其插入到研究表格中。過程如下：在ProjectExplorer中單擊研究表格，使其成為當(dāng)前文檔。然后在要插入的文件名上單擊右鍵，選擇InsertInto。修改后的結(jié)構(gòu)會插入到表格的最后一行中。,觀察并且處理研究表格文檔,.,24,(5).研究表格支持的其它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)。軌跡

11、文件(.xtd)文件也可以輸入軌跡文件的每一個楨都會放置到研究表格的一行上。,觀察并且處理研究表格文檔,.,25,(6).計算基本描述符研究表格的細(xì)節(jié)顯示如下：研究表格的頂頭一行，包含了列標(biāo)A、B等，被稱為列頭。第二行，包含了對該列內(nèi)容的描述，例如“Structure”,被稱為列描述符。當(dāng)計算完多個模型的性質(zhì)之后，其值會出現(xiàn)在研究表格中。,觀察并且處理研究表格文檔,.,26,(6).計算基本描述符選擇列A（整個列變成藍(lán)色，表示被選中，任何時候都可以使用Esc鍵取消選擇），然后單擊QSARModels工具欄的Model按鈕。在出現(xiàn)的對話框中選擇ElementCount，同時按下Ctrl鍵可以選擇

12、多種性質(zhì)。進(jìn)行ElementCount計算時默認(rèn)選項為計算分子中碳原子的數(shù)量。要改變默認(rèn)，請雙擊ElementCount條目，在彈出的對話框中Input部分選擇要計算的元素。,觀察并且處理研究表格文檔,.,27,(7).研究表格觀察者選項現(xiàn)在StudyTableViewer工具欄上的幾個選項變?yōu)榭捎眠x擇列B，同時選擇StudyTableViewer工具欄上的FilterSelection，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。,觀察并且處理研究表格文檔,.,28,(7).研究表格觀察者選項此命令對于某行來說同樣有效選擇列B，

13、同時選擇StudyTableViewer工具欄上的SortAscending可以將數(shù)據(jù)按照從大到小或者從小到大的順序進(jìn)行排列。同時選擇StudyTableViewer工具欄上的QuickPlot按鈕，可以將相關(guān)性質(zhì)對列數(shù)作圖返回研究表格。選擇工具欄上的DefineFunction按鈕，可以自定義函數(shù)，具體過程類似于微軟Excel中的函數(shù)功能。,觀察并且處理研究表格文檔,.,29,5.處理分子晶體：尿素,.,30,醫(yī)藥、農(nóng)藥、色素、染料、專用化合物以及爆炸物等在工業(yè)制造過程的某些階段，都是晶體材料。對這些材料進(jìn)行模擬，可以擴(kuò)展我們對其的認(rèn)識，最終幫助我們控制其性質(zhì)，例如溶解性、模板壽命、形態(tài)、生

14、物藥效率、顏色、振動強(qiáng)度、氣壓和密度等。在練習(xí)中我們將使用尿素作為一個簡單的例子進(jìn)行分子晶體材料的模擬。,處理分子晶體：尿素,.,31,(1).打開分子晶體文檔輸入Examples|Documents|3DModel|urea.msi到Project中(2).計算氫鍵從菜單中選擇Build|HydrogenBonds該操作會打開氫鍵計算對話框,處理分子晶體：尿素,.,32,(3).調(diào)整晶胞顯示的范圍打開DisplayStyle中的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我們就可以得到一個2x2x2的尿素晶體在該晶體中，各個原子的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)不變,處理分

15、子晶體：尿素,.,33,(4).改變晶胞顯示風(fēng)格在Lattice欄中，選擇None關(guān)閉對話框，將去除晶胞邊界線。(5).檢測結(jié)構(gòu)中氫鍵連旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)觀測氫鍵網(wǎng)絡(luò)使用鍵盤上的上、下、左、右鍵頭將按照45為單位進(jìn)行旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。,處理分子晶體：尿素,.,34,6.建造Alpha石英晶體,.,35,應(yīng)用領(lǐng)域：異相催化劑的應(yīng)用沸石催化劑在石油、天然氣探測中的礦物采樣分析,建造Alpha石英晶體,.,36,(1).建立Alpha石英晶體在一個新的3D文檔中從Build菜單選擇Crystal下的BuildCrystal.會打開相關(guān)的晶體模建對話框。在SpaceGroup欄中，選擇EnterGroup，輸入P3221

16、，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，也可以直接輸入該序號。在LatticeParamenters欄中，在相應(yīng)的地方可以輸入Alpha石英的a和c晶胞參數(shù)為a=4.910c=5.402。,建造Alpha石英晶體,.,37,(2).加入硅原子和氧原子由于已經(jīng)定義好了體系的對稱性，只需要加入一個硅原子和一個氧原子，那么根據(jù)對稱操作，會產(chǎn)生整個晶體的相應(yīng)原子。從Build菜單中選擇AddAtom。此選項會打開AddAtom對話框，也可以在AtomandBond工具欄上單擊相應(yīng)的按鈕。進(jìn)入Options欄，確認(rèn)Testforbondsasatomsare

17、created被選中。當(dāng)該選項被選中的時候，MaterialStudio會在晶體建造過程中，自動產(chǎn)生相應(yīng)的鍵。MaterialStudio也有一個通用的BondCalculation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。,建造Alpha石英晶體,.,38,(2).加入硅原子和氧原子仍然在Options欄中，確認(rèn)CoordinatieSystem是Fractional。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原子和其對稱原子加入到晶胞內(nèi)。同樣的，我們可

18、以加入氧原子。氧原子的參數(shù)為a=0.150179,b=0.414589,c=0.116499。氧原子和其對稱原子加入到晶胞內(nèi)，程序會自動計算并加入相關(guān)的鍵。,建造Alpha石英晶體,.,39,(3).對比兩種晶體版本下面我們將對比MaterialStudio數(shù)據(jù)庫中的Alpha石英晶體和自構(gòu)造晶體。按下列路徑輸入Alpha石英晶體Examples|Documents|3DModel|quartz_alpha.msi。從Windows菜單中選擇TileVertically將兩個結(jié)構(gòu)橫向平鋪。通過選擇每個文檔并且使用ResetView按鈕進(jìn)行同步。使用鍵盤上的上、下、左、右箭頭來觀測兩個結(jié)構(gòu)在不同

19、取向上的異同。在DisplayStyle的Lattice欄中，在Style下拉菜單中選擇In-Cell，則晶胞外的原子都會被去除，兩個結(jié)構(gòu)現(xiàn)在都以同一格式顯示。,建造Alpha石英晶體,.,40,7.建造多甲基異丁烯酸鹽,.,41,多甲基異丁烯酸鹽(PMMA)是一種重要的商業(yè)熱塑性材料，特別是對于上光應(yīng)用更為廣泛典型的生產(chǎn)方式是通過使用過氧化物或者含氮前體的甲基異丁烯酸鹽的自由基聚合或者通過熱化學(xué)/光化學(xué)起始反應(yīng)來生成,建造多甲基異丁烯酸鹽,.,42,(1).建造等規(guī)PMMA選擇Build菜單BuildPolymers下的Homopolymer，均聚物對話框出現(xiàn)在Polymerize欄單擊Li

20、brary下拉菜單，找到acrylates。在RepeatUnit下拉菜單選擇methyl_methacrylate檢查Tacticity下拉菜單，選擇等規(guī)立構(gòu)(Isoactic),建造多甲基異丁烯酸鹽,.,43,接下來在ChainLength中輸入20在Advanced欄中，將Torsion設(shè)定為60在軟件中設(shè)置好全同PMMA的全部所需參數(shù)單擊Build產(chǎn)生一個新Polymethyl_methacrylate.xsd文檔，其中包括了20元PMMA聚合分子。按下Sketch工具欄上的Clean按鈕，將獲得更合理的幾何結(jié)構(gòu)。需要更進(jìn)一步的幾何優(yōu)化，使用Dicover模塊中的能量最小化功能。,建造