Class 1 -- Materials Studio 快速入门教程

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1 Class 1 -- Materials Studio 快速入门教程
一. 生成Projects 二. 打开并且观察3D 文档 三. 绘制苯甲酰胺分子 四. 观察并且处理研究表格文档 五. 处理分子晶体：尿素 六. 建造Alpha 石英晶体 七. 建造多甲基异丁烯酸盐 八. 保存Project 并结束 在d盘上建文件夹class 1: d:\class 1

2 生成一个Project 目的: 介绍Materials Studio 中 project 概念 模块: Materials Visualizer 1. 建立一个新文件夹D:\ MS teach \ class1 2. 运行 Materials Studio，生成名称为My quickstart 的Project 在桌面双击快捷方式 或从运行菜单中运行：所有程序\ Accelrys Materials Studio 4.4 \ Materials Studio

3 这样就产生了新的 Materials Studio project，开始了Materials Studio 运行
选择此文件夹存放数据 写入My quickstart 生成了名称为My Quickstart 的Project

4 3. 恢复project 的默认设置（初学者不要做此操作）
本教学过程中，每一个新的 project 都使用 Materials Studio 自动产生的template project 的设置。保证 My quickstart project 也一样。 选择 Tools \ Settings Organizer ，打开Settings Organizer 对话框。 1. 点击此处的Materials Studio icon，选中所有的模块和图示工具。 若干次操作后，已有一些参数设置。由于错误等原因，要重复前面的一个过程。为保存两次操作一样，需返回MS的默认设置。 2. 单击Reset，所有的模块和图示工具都恢复Accelrys默认值。 3. 在此可改变模块和图示工具的设置值。初学者慎用。 在layer builder中试试。

5 二. 打开并且观察3D 文档 目的: 介绍Materials Studio 中文档 documents 的概念 模块: Materials Visualizer 前提: 已生成一个Project Materials Studio 使用了多种类型的文件，如3D Atomistic and Mesoscale、text、chart、 HTML、 study table、grid、script、 和 forcefield documents。在后面进行计算时，这些文件将逐个显示在projects中，反映了计算的过程。 现在的教学中, 主要出现的是 3D Atomistic 类型的文件。 本节课包括以下内容: 1. 输入一个结构 2. 调整显示方式 3. 改变3D 结构的视图 4. 选择对象的不同类型

6 1. 输入一个结构 File / Import，打开输入文件对话框 （注意，此对话框也可用工具栏上的输入按钮 打开）。
1. 输入一个结构 File / Import，打开输入文件对话框 （注意，此对话框也可用工具栏上的输入按钮 打开）。 选择 Examples / Documents / 3D Model / TON.msi，单击 Import 按钮。 zeolite Theta-1 unit cell 右键旋转

7 这个 3D Viewer 显示通常的 zeolite Theta-1 单胞。 文件 TON
这个 3D Viewer 显示通常的 zeolite Theta-1 单胞。 文件 TON.xsd 是Project Explorer 中My quickstart project 的一部分。注意文件的扩展名已由.msi 变为 .xsd，这是3D 结构的 XML-based native Materials Studio 格式。 msi ?

8 在 3D Viewer 上按右键，出右键菜单，选 Display Style ，Display Style 对话框中的各选项的意义如下：
2.调整显示方式 在 3D Viewer 上按右键，出右键菜单，选 Display Style ，Display Style 对话框中的各选项的意义如下： Atom 栏： Display Style: Line：线状模型。 Stick：棍状模型。 Ball and stick：球棍模型。 CPK：球堆砌模型。 Polyhedron：多面体堆积模型（晶体）。 Atom 栏：用 Line、Stick、Ball and stick、 CPK和 Polyhedron display styles 显示zeolite Theta-1 的结构。最后将显示方式改为 CPK 。 Line Stick Ball and stick CPK Polyhedron

9 Range：显示在X、Y、Z 方向上晶胞的数量。
Lattice 栏： Display style:显示单个晶胞或者原胞。 Range：显示在X、Y、Z 方向上晶胞的数量。 Lattice:显示晶胞边界的风格。 用 None、Dashed line、Line和 Stick styles显示zeolite Theta-1 的结构。 注意3D Viewer边框的变化 。 将显示固定在Line。 None Dashed line Line Stick

10 Lighting 在TON.xsd 的 3D Viewer 上单击右键，选择 Lighting 选项，该选项将指定加光情况。在此选项卡内可以设定三个光源，并改变光源的照射位置（照射位置用箭头显示）。 球上的箭头指示光的照射方向。将鼠标移到球上，鼠标变成手形，按左键，拖动 球，改变光的照射方向。 * 将箭头移到右上方，关闭Lighting对话框。 * 打开Display Style 对话框，在 Atom tab 中，选 Ball and stick 。关闭对话框。

11 3. 改变3D结构的视图 可以使用3D Viewer 工具栏上的工具来改变3D 视图。
Rotate:旋转结构视图。使用三键鼠标，右键是旋转操作。 Zoom:向上或者右侧拖动可以增大所选结构的视图；向下或者向左侧拖动会缩小所 选结构的视图。使用三键鼠标，也可用鼠标上的滚轮进行3D结构的放大、缩小。 Translation:将结构沿着不同的方向平移。 对于三键鼠标来说，左键执行所选操作，右键则是旋转操作，同时按下左健和右键 则会完成缩放操作。此外还可以将键盘和鼠标联用来完成上述操作。 以下操作将改变3D结构的位置： Fit to View:根据窗口的尺寸，为3D 结构选择合适的大小。 Recenter:将结构放置到窗口的中心，结构大小不变。若选中一个原子，则将此原 子移到窗口的中心，整体3D结构不变。 Reset View:将结构放置到窗口中原来的位置，并恢复原有大小。

12 3D Viewer Selection Mode 按钮
4. 选择不同的对象：如原子或键 3D Viewer Selection Mode 按钮 在3D View 工具栏上选择3D Viewer Selection Mode ，并通过单击原子、键来选择相应的对象。单击 * 在TON 结构上单击选中的原子，此原子颜色改变，说明被选中。 * 单击一个键，此键的颜色改变，说明被选中。 键被选中 原子被选中 * 按住鼠标左键，沿斜线托拽，可以选择一定区域内的所有对象，包括原子和键。 此区域的原子和键都被选中 * 在结构中的某个原子或键上双击鼠标可以选择整个结构。 * 在3D Viewer 上无TON 结构的地方单击或双击鼠标，则取消对象的选择。 * 需要将结构保存为project的一部分时，单击3D Viewer 的 ，再按 Yes 按钮。 * File / Save Project ，Windows / Close All

13 三. 绘制苯甲酰胺分子 目的: 介绍Materials Visualizer 中的绘图工具sketching tools 模块: Materials Visualizer 前提: 已生成一个Project 引言 化学家不得不每天处理大量的小分子和化学中间体。快速生成该类分子对于每一个分子建模环境都是非常重要的。苯甲酰胺分子就是这样一种小分子，在下边我们将以该分子作为例子，进行研究工作。 1. 生成新的3D文档 2. 设置球棍模型为默认显示方式 3. 绘制分子环和原子链 4. 绘制氧原子 5. 编辑原子类型 编辑键的类型 7. 添加氢原子并调整分子结构 8. 将分子的凯库勒(Kekulé)式转化为共轭结构(resonant bond representation) To monitor and adjust distances Benzamide(苯甲酰胺)分子

14 下面建造苯甲酰胺结构： 1. 生成新的3D文档 在菜单上选择File / New，并且选择3D Atomistic 后单击OK。此时文件名称出现在左侧的Project Explorer 中，名称为3D Atomistic.xsd，在其上单击鼠标右键，选择Rename ，将名称改为my-benzamide。 选择 File / Save 或单击工具栏上的 Save button      。这样就在my quickstart project 中建立了新的 my_benzamide.xsd 3D文件。

15 2. 设置球棍模型为默认显示方式 从菜单栏中选择 Modify / Default Atom Style ，打开 Default Atom Style 对话框。在Display Style中选择Ball and stick 。单击 Close button      关闭 Default Atom Style 对话框。 这样在本project 中，默认显示方式被设置为 ball and stick。

16 3. 绘制分子环和原子链 Sketch toolbar
在绘图工具栏(Sketch toolbar) 上单击Sketch Ring 按钮 ，松开，然后鼠标移动到3D文档中。这时鼠标看起来象一只铅笔，其右侧的数字表示将要绘制的环上的原子数(可以在键盘上按下数字键3-8 来改变环的大小）。这里键入6，在3D Viewer上单击左键，则出现一个六边形的碳环。 此时按下 ALT key ，单击鼠标左键，则出现一个具有 with resonant bonds 的芳香环(aromatic ring)。

17 Sketch Atom 按钮 可以画任意元素的原子，默认画碳原子。下面要将双碳原子侧链接到环上。
在绘图工具栏(Sketch toolbar) 上单击Sketch Atom 按钮 ，松开，然后鼠标移动到环的3D文档中，这时鼠标看起来象一只“铅笔”。将“铅笔”移到环的一个碳原子上，这个碳原子变蓝。左键单击此碳原子，将键连接到该原子上。移动“铅笔”并在3D的合适位置单击左键，设置另一个碳原子。键自动加在此碳原子与环之间。将“铅笔”移到另一位置，双击左键，又画出一个碳原子。这样就作出了连到碳环上的一个双碳原子链。 另一种终止链延续的方法：在3D的某一合适位置单击左键，画出最后一个碳原子，然后 按一下键盘上的ESC 键即可。化学键 自动加在新画的碳原子之间。 注意，对错误操作，可用工具栏上的Undo按钮 取消。

18 4. 绘制氧原子 单击 ，则 激活。在其下拉选项中，选择Oxygen。将鼠标移到侧链的第一个碳原子上，这个碳原子变蓝。左键单击此碳原子，将键连接到该原子上。移动鼠标并在3D的合适位置双击左键，这样设置了一个氧原子，终止了链的延续。 在 3D Viewer 工具栏上，单击 3D Viewer Selection Mode 按钮   。    如果 3D Viewer 工具栏 没有出现， 在View / Toolbars 中选 3D Viewer即可。 现在处于原子和键的选择模式 (selection mode)。

19 5. 编辑原子类型 左键单击侧链的终端碳原子，选中后此碳原子变为黄色， Sketch 工具栏中Modify Element 按钮 被激活。 点击Modify Element 按钮    右侧的箭头，在下拉选项中选择 Nitrogen，则碳原子变为氮原子。 在3D Viewer的任意位置点击左键，取消原子选择。 N C 一般选中某个原子后，在Modify 菜单下的Modify Element 中选择Oxygen或其它原子来改变原子类型。

20 6. 编辑键的类型 * 在 3D Viewer上，单击 C-O bond ，键变成黄色，表明已经选中。 Modify Bond Type 按钮 同时激活。 * 按住 SHIFT key，交替单击环上的三个键。如图，这样就选中了四个键： 3个 C-C bonds 和一个 C-O bond。 * 点击 Modify Bond Type 按钮      右侧的三角，在下拉选项中选择Double Bond 。四个选中的键都成了双键。 * 在3D Viewer 结构外的任意处单击左键，取消选择。 总之，首先选择两个原子之间的键，然后在Sketch 工具栏上的Modify Bond Type 按钮来改变键的类型，同样的选项也可以在Modify 菜单下的Modify Bond Type 中找到。 如果要选择多个原子或键，请按下Shift 后再进行选择。如要取消选择，请在结构外单击鼠标左键。

21 7. 调整氢原子并进行整理 可以通过程序自动加氢而不需要单独的为每个原子加上合适的氢原子。
7. 调整氢原子并进行整理 可以通过程序自动加氢而不需要单独的为每个原子加上合适的氢原子。 * 在Sketch工具栏上，单击Auto Hydrogen 按钮 ，为结构加入适当数目的氢原子。 * 按下Sketch 工具栏上的Clean按钮 ，修正分子的几何结构。的 这样调整过的几何结构中，分子的键、键角和扭转角都会变得具有化学合理性。

22 8. 将分子的凯库勒式转化为共轭结构 Materials Studio的 Bond Calculation 工具很方便地进行 Kekulé 和 resonant 两种 bonding representation 之间的转换(在共轭结构和凯库勒式之间进行转化)。 * 选择 Build /Bonds ，打开Bond Calculation 对话框。 * 在 Bonding Scheme栏中的选项部分，确定Convert representation to 被选中，并在右侧的下拉菜单中选择Resonant (默认为 Kekule 结构) 。 resonant Kekulé * 单击Calculate 按钮。则苯基环的成键显示为resonant bonding representation。 * 单击关闭按钮 ，关闭Bond Calculation 对话框。 * 选择 Edit | Undo Calculate Bonds 或单击 Undo按钮 ，苯基环的成键恢复为Kekulé 表示。

23 * Kekulé结构为早期对苯环成键的认识，但不便结构拓扑。 Resonant结构 表示了成键电子离域，是人们对苯环结构的更实际的认识。
说明： * Kekulé结构为早期对苯环成键的认识，但不便结构拓扑。 Resonant结构 表示了成键电子离域，是人们对苯环结构的更实际的认识。 * 可以用 Undo 按钮右侧的箭头进行多步恢复。 作业1：指出哪门课讲到Kekulé结构？哪门课讲到Resonant结构？

24 9. 监控和调整原子间距离 在MS Studio 中，可以使用绘图工具栏(Sketch toolbar)中的 Measure/Change 工具，对任意结构中的原子间距、键角和扭转角进行监控和调整。 Measure/Change tool * 点击Measure/Change 右侧的选择箭头，在下拉菜单中选中Distance。 * 移动鼠标到O原子上，O原子变蓝后，单击鼠标左键，O原子上出现十字叉丝。 * 移动鼠标到与O原子相连的C原子上，C原子变蓝后，单击鼠标左键，这时这两个原子之间的距离会显示出来，数值为红色，单位为Ångstroms 。

25 3D Viewer图上，鼠标右侧有 标识。原子间距离显示为红色。在分子外合适的地方，按住鼠标左键，向上移动鼠标，则 C-O 伸长。长至0
* 3D Viewer图上，鼠标右侧有 标识。原子间距离显示为红色。在分子外合适的地方，按住鼠标左键，向上移动鼠标，则 C-O 伸长。长至0.999时停下。点击 Clean 按钮 ，键长由0.999变回0.511。 对于成键原子(或者完全不相关原子)，可以通过在窗口中按住鼠标左键进行拖动来改变相互之间距离（第一个选中的原子将会被固定）。角度和扭转角的操作同上。 拉伸 * 点击 3D Viewer 上的Rotation Mode ，旋转分子模型，从不同角度观察。注意，表示C－O原子间距的的数字已由红色改变为绿色－inactive，不能拉伸键长。

26 * 可以用Materials Studio窗口左侧的Properties Explorer 看分子的信息

27 说明：完成分子建模后，就可以使用View | Explorers | Properties Explore 来查看所构造分子的信息了。
在 benzamide 分子上单击某个原子或键，选中(颜色变黄)，则Properties Explorer 自动显示选中对象的性质。 可以对选中对象的性质进行编辑。如单击C－O键，此键变黄色。在Properties Explorer中， 双击 BondType，打开Edit BondType 对话框。点击选择箭头，出现下拉菜单，在其中选择Double, 然后点击 OK 按钮，则单键变为双键，这是正确的。 选择 File / Save 或单击工具栏上的 Save 按钮      ，这样就在my quickstart project中保存了 my_benzamide.xsd 3D文件。 关闭 3D view 。

28 四. 观察并且处理研究表格文档 目的： 介绍Materials Studio 中研究表格(study tables ) 的概念。 模块： Materials Visualizer 前提： 已建立一个 project 引言 Study tables 是Materials Studio工作流中的重要的一部分，这些文档(.sdf)都会以电子数据表的形式显示，包括了数学表达赋值和对已有化学数据的控制。其中每一个单元格都可以包含字符串、3D 分子模型和图表。 这一部分告诉使用者如何打开 study table，输入分子结构，计算输入分子的一些基本性质。 内容 1. 打开一个新的研究表格文档 2. 将分子模型输入到研究表格中 3. 在研究表格中观察分子结构 4. 从Project Explorer 中插入分子模型 5. 研究表格支持的其它文件格式 6. 基本描述符的计算 7. 处理研究表格中的数据

29 1. 打开一个新的研究表格文档 从File 菜单中选择New，单击New打开 New Document 对话框， 选择 Study Table， 单击 OK 按钮。 或者在常规工具栏上选择New，甚至可以在Project 对话框上单击右键选择New。 出现 新建的study table 文件以电子数据表的形式， 显示在 Study Table Viewer上。下面介绍如何在表中插入分子。

30 2. 将分子模型输入到研究表格中 从Edit 菜单中选择Insert From ，单击Insert From，打开Insert Into Active Document对话框。双击Structures，显示出不同类型的物质。在origanics上双击，打开有机物文件夹，按住shift，左键点击所有.msi 文件，都选中。然后单击Insert 按钮，将选中的有机分子插入到study table中。 5.按住shift，左键点击 所有.msi 文件，全选。 1. Edit / Insert From 3.双击origanics 2.单击Insert From，双击Structures。 4. 显示有机物

31 3. 在研究表格中观察分子结构 表格的列A 中包括了分子的名称和3D 结构文件图标，可以通过简单的双击该图标观察分子结构。双击包含135benz的单元格，出现135benz的结构。 双击

32 可以操纵该3D结构，例如编辑、缩放、平移、旋转等。
将苯环上的一个H原子改为甲基。左键单击三个H原子中的一个，颜色变黄，表示已选中。点击Modify Element 按钮 的选择箭头，下拉菜单中有不同的元素，选择C，这样苯环上的H原子就变成了C原子。 H原子就变成了C原子 单击 Adjust Hydrogen 按钮   ，将3个H原子加到新的C上；单击Clean按钮 ，初调结构。 单击 Commit Edit To Study Table按钮 ，然后用 关闭 Study Table Detail View 。

33 4. 从Project Explorer 中插入分子模型
分子模型建好后，可以将其插入到研究表格中。如将前面作好的my-benzamide分子插入研究表格，过程如下： 在Project Explorer 中单击研究表格，使其成为当前文档，然后在要插入的my-benzamide文件名上单击右键，选择Insert Into。则建好的分子结构插入到表格的最后一行中。在研究表格中双击my-benzamide，则出现其3D结构。

34 5. 研究表格支持的其它文件格式 研究表格也支持3D 周期体系，如晶体和无定型晶胞结构；支持图表文件、轨迹文件(.xtd)文件的输入，轨迹文件的每一个桢都会放置到研究表格的一行上。 注意：研究表格不支持Mesoscale 文件。 6. 基本描述符的计算 研究表格的顶头一行，包含了列标A、B等单元格，被称为列头。第二行，包含了对该列内容的描述，例如“Structure”，被称为列描述。 当计算完多个模型的性质之后，其值会出现在研究表格中。 例如，在研究表格中双击 ， 则出现my-benzamide的3D结构。 然后在Model 按钮 右侧的下拉选项中，单击QSAR Job…，设置见右图，用本地机计算。

35 然后在 按钮右侧的下拉选项中，单击的Model。在出现的对话框中，选择Output列的Element Count；按下Ctrl 键，再选择Atom count 。
注意：进行Element Count 计算时默认选项为计算分子中碳原子的数量，要改变默认，可双击Element Count 条目，也可单击对话框右上角的Edit Model按钮 ，在弹出的对话框中，打开Input 部分，选择要计算的元素；类似的操作对于其他计算同样有效。这里选O原子。Save后，关闭此对话框。

36 如图，排列激活顺序。否则Run是灰色的，处于非激活状态。单击 Run 按钮， 几秒钟后出现任务完成信息，点击上面的OK，再关闭对话框。
3 2 1

37 计算结果出现在 D、 E两列中，显示my-benzamide 分子共有16个原子，其中1个是O原子。

38 利用研究表格，可以同时计算A列中所有的结构。
选择列A（单击研究表格上的A，整个列变成蓝色，表示被选中，任何时候都可以使用Esc 键取消选择）。 在所有3D文件都被选中的情况下，单击QSAR Models 工具栏的Model 按钮 ，在出现的对话框中，选择Output列的Element Count；按下Ctrl 键，再选择Atom count 。

39 双击Element Count 条目，也可单击对话框右上角的Edit Model按钮 ，在弹出的对话框中，打开Input 部分，选择C原子，恢复默认 （进行Element Count 计算时默认选项为计算分子中碳原子的数量）。Save后，关闭此对话框。 单击 Run 按钮， 几秒钟后出现任务完成信息，点击上面的OK，再关闭对话框。

40 计算结果出现在 B、 C两列中，分别显示各个分子中的原子数和其中的碳原子数。如果计算前B、C列已存在，则显示结果的列顺延为D、E。

41 7. 处理研究表格中的数据 左键单击B，选择列B。选择Study Table Viewer 工具栏上的Filter Selection按钮 ，则只有列B被显示，其它部分都被去除。此方法适合于表格内数据非常多的情形，使用此方法可以清楚地看到所需要的内容。此命令对于某行来说同样有效。

42 如果工具栏中没有 ，则用下面步骤显示Study Table Viewer 工具条。

43 恢复filtering前的Study Table：
单击Filter Selection 按钮 右侧的 选择箭头，在下拉菜单中选择Show All ，所有的数据都恢复了。

44 选中Study Table 表的 B列, 单击 Sort Ascending 按钮 ，则数据按原子数上升的方式排列。

45 选中Study Table 表的 B列, 单击 Quick Plot 按钮 ，则表中的数据以图的方式显示（
选中Study Table 表的 B列, 单击 Quick Plot 按钮 ，则表中的数据以图的方式显示（.xcd文件）。这就是将相关性质对行数作图。

46 选中C列，如图，按右键，增加一列D。

47 选中空的 D列, 单击 Define Function 按钮 ，弹出 Define Function 对话框。在 Expression 文本框中，写入 C/B。 Name 栏中，写入 Ratio。在 Description 栏中，写入 Fraction of carbon。单击 OK 按钮。 说明，这里是自定义函数，具体过程类似于微软Excel 中的函数功能。

48 D列是每个分子中C原子的比例。选择 Window / Close All 关闭窗口保存时选Yes to All 。

49 五. 处理分子晶体：尿素 目的: 介绍晶体建模工具 模块: Materials Visualizer 前提: 已有一个 project 引言 在工业制造过程的某些阶段，医药、农药、色素、染料、专用化合物以及爆炸物等都是晶体材料。对这些材料进行模拟，可以扩展我们对它们的认识，最终帮助我们控制其性质，例如溶解性、储藏期限、形态、生物药效率、颜色、抗震性、气压和密度等。在本练习中，我们将使用尿素作为一个简单的例子进行分子晶体材料的模拟。 内容 1. 打开分子晶体文档 2. 计算氢键 3. 调整晶胞显示的范围 4. 改变晶胞显示风格 5. 检查urea晶体中氢键的连接

50 1. 打开分子晶体文档 * File / Import，打开输入结构对话框。
* Examples / Documents / 3D Model / urea.msi，单击 Import 按钮，输入 urea晶体的晶胞结构。 * 注意，文件由 .msi 改为 .xsd。 1 3 4 5 2 6 7

51 2. 计算氢键 计算完成后，氢键以蓝色的虚线显示。
* 从菜单中选择Build / Hydrogen Bonds，该操作会打开氢键计算对话框。 * 注意，你可以使用不同的方案和键几何参数来计算氢键，可以产生并保存自己的方案。 * 在这里，我们将使用默认的设置，单击Calculate按钮 。 * 注意，该计算也可以在Atom and Bond 工具栏上，使用Calculate Hydrogen Bond 按钮 来进行计算。 * 单击 ，关闭Hydrogen Bond Calculation 对话框。 1 2 3 4 作业2：什么是氢键？ 计算完成后，氢键以蓝色的虚线显示。

52 3. 调整晶胞显示的范围 在urea的3D viewer上单击右键，在快捷菜单中打开Display Style对话框，点击Lattice 栏，将Display 部分沿X、Y、Z 轴方向的最大晶胞数（Max）改为2.0。那么现在我们就可以得到一个2x2x2 的尿素晶体了，更清楚地看到氢键。 2 1 3

53 4. 改变晶胞显示风格 在Lattice 栏中，选择None，关闭对话框，将去除晶胞边界线。

54 *单击 Reset View 按钮 ，然后使用键盘上的上、下、左、右键，按照45°为单位旋转晶胞，观测氢键网络。
5. 检查urea晶体中氢键的连接 *单击 Reset View 按钮 ，然后使用键盘上的上、下、左、右键，按照45°为单位旋转晶胞，观测氢键网络。 Up key * 也可在urea3D viewer上按右键，或用 连续旋转晶胞。 * 用 关闭 urea.xsd ，按 save保存。

55 目的: 介绍晶体建模工具 模块: Materials Visualizer 前提: 已有一个 project
六. 构造－石英晶体 目的: 介绍晶体建模工具 模块: Materials Visualizer 前提: 已有一个 project 引言 对无机晶体材料进行建模是一个重要的领域，特别是对于有关的应用，例如多相催化剂的设计（如沸石催化剂），在石油、天然气探测中的矿物采样分析等。本教案通过构造－石英晶体，介绍一些Materials Studio晶体建模的功能。 内容 1. 建立－石英晶体 2. 加入硅原子和氧原子 3. 对比－石英晶体结构的两种版本

56 * File / New... ，在出现的对话框中，选 3D Atomistic ，然后单击 OK 按钮，打开一个新的3D Viewer 。
1. 建立－石英晶体 * File / New... ，在出现的对话框中，选 3D Atomistic ，然后单击 OK 按钮，打开一个新的3D Viewer 。 * 在Project Explorer 中，新的3D Viewer 是 3D Atomistic.xsd 。选中 3D Atomistic.xsd，按右键， 选择 Rename ，键入 my_quartz_alpha ，按ENTER 完成命名。 1 3 2 5 4 6

57 选择 File / Save ，这样就在my quickstart project 中建立了一个名为my_quartz_alpha
* 选择 File / Save ，这样就在my quickstart project 中建立了一个名为my_quartz_alpha.xsd 的 3D Atomistic 文档。 * 在新建的my_quartz_alpha.xsd 3D 文档中，从Build 菜单选择Crystal下的 Build Crystal...，打开相关的晶体模建对话框。在Space Group 栏中，选择 Enter Group，输入P3221，并且按下Tab 键进行确认。也可以从下拉菜单中选 择该空间群；如果你知道该空间群的序号，也可以直接输入该序号。 * 在Lattice Paramenters 栏中，在相应的地方输入Alpha 石英的晶胞参数a 和 c ，a=4.910 Å ， c=5.402 Å 。 注意，一旦选中了空间群，那么相应的晶胞参数b, α, β, 和 γ就会依据群的 限制，被自动设定。 * 按下Build 按钮，一个空的晶胞就会出现在文档中，关闭对话框。

58 4 1 5 2 3 10 6 空晶胞 7 8 9

59 2. 加入硅原子和氧原子 由于已经定义好了晶体的对称性，只需要加入一个硅原子和一个氧原子，那么根据对称操作，会产生整个晶体的相应原子。 从Build 菜单中选择Add Atom。此选项会打开Add Atom 对话框，也可以在Atom and Bond 工具栏上单击Add Atoms按钮 ，打开Add Atom 对话框。 进入Options 栏，确认Test for bonds as atoms are created 被选中。当该选项被选中的时候， Materials Studio 会在晶体建造过程中，自动产生相应的键。 Materials Studio也有一个通用的Bond Calculation 工具，可以从Build 菜单中调用，该工具允许你选择、编辑并定义最佳的成健方案。在本例中，默认值就已经足够了。 仍然在Options 栏中，确认Coordinatie System 是Fractional。 1 2 打开Add Atom 对话框

60 进入到Atoms 栏中，从Element 下拉菜单中选择Si，并输入相应的a、b、c 数据。a=0. 480781, b=0
进入到Atoms 栏中，从Element 下拉菜单中选择Si，并输入相应的a、b、c 数据。a= , b= , c=0.0。 Si 原子和其对称原子加入到晶胞内。 1 3 2 4 5 6

61 同样的，我们可以加入氧原子。氧原子的参数为a=0. 150179，b=0. 414589，c=0
3 2 1 4 原子加入后检查晶体对称性，序号没变，正确。 若原子的分数坐标有误，对称性改变。 1 2 3

62 下面对比Materials Studio结构数据库中的Alpha石英晶体和自构造的Alpha石英晶体。
3. 对比－石英晶体结构的两种版本 下面对比Materials Studio结构数据库中的Alpha石英晶体和自构造的Alpha石英晶体。 按下列路径输入数据库中的Alpha 石英晶体， File / Import... / Examples / Documents / 3D Model / quartz_alpha.msi，单击import按钮。 Project Explorer中出现quartz_alpha.xsd文档。 2 5 4 3 1 7 6

63 按住Ctrl键，选中所有的O原子。 在quartz_alpha
* 按住Ctrl键，选中所有的O原子。 在quartz_alpha.xsd的3D Viewer上单击右键，选中Display Style，将O原子的颜色改为 * 同样，按住Ctrl键，选中所有的Si原子。 在quartz_alpha.xsd的3D Viewer上单击右键，选中Display Style，将Si原子的颜色改为 * 从Windows 菜单中选择Tile Vertically 将两个结构横向平铺。转动方向，使二者取向尽可能相近，以便比较结构。由右图可见，晶胞外有O原子。 * 在my_quartz_alpha.xsd上打开Display Style ，在Lattice 栏中，从Style 下拉菜单中选择In-Cell，则晶胞外的原子都会被去除，两个结构现在都以同一格式显示。 注意：也可以使用Build 菜单下的Crystal 的Rebuild 命令来进行。

64 * Materials Studio 提供了 3D Atomistic Collection documents ，在这样的文件中，可以显示几组原子或分子，组与组之间无作用。用于晶体与晶体之间、分子与分子之间结构的比较。 * File / New... 打开 New Document 对话框，选中 3D Atomistic Collection ，单击 OK 按钮。

65 在 Project Explorer中，选中 my_quartz_alpha
* 在 Project Explorer中，选中 my_quartz_alpha.xsd ，单击右键，选择 Insert Into 。则my_quartz_alpha.xsd 结构出现在3D Atomistic Collection.xod中。 对 quartz_alpha.xsd重复此操作。这样my_quartz_alpha.xsd和quartz_alpha.xsd两个结构都出现在3D Atomistic Collection.xod中。 * 在3D Atomistic Collection.xod中， 可用键盘上的上、下、左、右键转动这个重叠结构，从多个角度观察二者是否重合。由下图可见，两个版本的结构一致。

66 同样，将my_quartz_alpha. xsd和TON. xsd两个结构都放在3D Atomistic Collection
* 同样，将my_quartz_alpha.xsd和TON.xsd两个结构都放在3D Atomistic Collection.xod中。由下图可以看出，二者结构不重合。 * 保存文件 File / Save Project 关闭窗口 Window / Close All

67 七. 建造聚甲基丙烯酸甲酯 目的: 介绍聚合物建模工具 模块: Materials Visualizer 前提: 已有一个 project 引言 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)是一种重要的商业热塑性材料，在玻璃、上光等行业有重要应用。生产上通常使用过氧化物(或含氮的前驱物），或者通过加热、光化学引发，通过甲基丙烯酸甲酯自由基的聚合反应，合成聚甲基丙烯酸甲酯。在这个例子中，将使用MS 的聚合物建模工具来构造全同立构PMMA 的20 个基体，进而进行结构和性质的模拟和研究。 注意MS Modeling 允许构造均聚物(homopolymers)、嵌段共聚物(block copolymers)、无规共聚物(random copolymers)和多分叉枝晶聚合物(dendrimers)。 内容 1. 构造全同立构PMMA 2. 选择并且标记一个单独的重复单元 3. 研究结构

68 1. 构造全同立构PMMA * 选择Build 菜单中Build Polymers 下的Homopolymer。均聚物对话框出现。 * 在Polymerize 栏单击Library 下拉菜单，找到acrylates。在Repeat Unit 下拉菜单选择methyl_methacrylate， * 现在检查Tacticity 下拉菜单。 注意：在立构规正度(Tacticity)中包括了等规立构(Isotactic)、间规立构(Syndiotactic)和无规异构(Atactic)三种。此时选择等规立构(Isoactic)。 * 接下来在Chain Length 中输入20。

69 * 在Advanced 栏中，将Torsion 设定为60。现在已经在软件中设置好了参数，可以构造一个具有20个重复单元的全同PMMA 分子。单击Build 就可以产生一个新的Polymethyl_methacrylate.xsd 文档，其中包括了20 元PMMA 聚合分子。 * 按下Sketch 工具栏上的Clean 按钮 ，将获得更合理的几何结构。 一般地，需要更进一步的几何优化，例如使用Forcite 模块中的能量最小化功能。

70 2. 选择并且标记一个单独的重复单元 * 同前，首先改变结构的显示方式，将其设定为线状模型。
* 单击PMMA 分子上的任意一个原子(需要使用Zoom 功能以方便操作)，选中原子以黄色高亮显示。 * 在3D 视窗上单击鼠标右键，出现快捷菜单，选中Select Repeat Unit methyl_methacrylate选项。单个的甲基异丁烯酸盐分子以黄色高亮显示。

71 * 在Display Style 对话框的Atom 栏中，选择Ball and Stick，关闭对话框。单个选中的聚甲基丙烯酸甲酯分子重复单元以球棍模型显示。
* 保持单个重复单元在选中状态，在3D Viewer的空白区域单击右键，选择Label，则标记对话框打开。 * 在Object Type 下拉菜单中，选择Repeat Unit。 * 在Properties 区域，选择Name。 * 在对话框的Font 部分，将字体的大小改变为24。 * 颜色选为Green。 * 单击Apply。 在Polymethyl_methacrylate.xsd 的3D view上双击左键，则重复单元不被选中。可以看到重复单元的名称被加入到了所选单元上。

72 3. 研究结构 重复单元取消选择后，在窗口中使用平移、旋转等按钮 来观察结构。 用 关闭Polymethyl_methacrylate.xsd ，单击Yes保存文件。

73 目的: 说明如何保存文件并关闭 projects 。 模块: Materials Visualizer 前提: 已有一个 project
现在你已经产生了你的第一个Project 文件。在Project Explorer 中单击某一个文件，该文件会在主窗口上打开。可以在Windows 菜单中选择不同的排列方式，观察并比较不同的文件。最后从File 菜单中选择Save Project。 要退出MS Modeling，请从File 菜单选择Exit。

74 现在你已经产生了你的第一个Project 文件。 1. 保存Project
在Project Explorer 中逐个双击以下文件：my_benzamide.xsd、urea.xsd、 my_quartz_alpha.xsd、 Polymethyl_methacrylate.xsd，这些文件会在主窗口上打开。 选择 Window / Tile Horizontally ，四个文件的3D views在主窗口中平铺开。 选择 File / Save Project 。 这样 project 的设置和全部文件都保存在 my quickstart中。现在可以去产生新的 project，或调用 已有的 project ，也可退出 Materials Studio。 2. 要退出MS Modeling，请从File 菜单选择Exit。

75 给原子加标记 1. 选中一个原子 2. 在3D viewer上按右键，选择label，打开对话框。在Custom text中输入原子的名称Al，在Color中可改变Al的颜色。按Apply，如图，Al出现在选中的原子上。

76 3. 再选中一个原子，在Custom text中输入原子的名称O，按Apply，如图，O出现在选中的原子上。
4. 关闭label对话框，原子已标记好。