第一次课绘制简单分子一、画一个苯酰胺目的：介绍Materials Visualizer中画结构的工具。

用到的模块：Materials Visualizer化学家每天都要处理很多种类的小分子和中间物。

所以容易的创建模型对建模环境都是很重要的。

苯酰胺是典型的小分子结构。

以下通过建立他的结构来学习Materials Studio。

下面是要建立的苯酰胺的结构：Benzamide1.创建3D文档：从菜单中选择File | New...打开New Document对话框。

选择3D Atomistic Document（三维原子文档），按OK。

建立了一个三维窗口，工程管理器中显示建立了名为3D Atomistic Document.xsd的文件。

在工程管理器这个文件名上右击鼠标，选择Rename改名。

键入my_benzamide的新名字，按回车。

选择File | Save命令，或按标准工具条中的按钮。

在my quickstart文件夹（每个工程都对应一个同名的文件夹）中建立了名为my_benzamide.xsd的文件。

2. 改变到Ball and Stick球棍模型显示方式。

三维窗口中右击鼠标，选择Display Style，打开Display Style对话框，在Atom 选项卡上设置。

Materials Studio能在任何显示方式下添加原子。

3. 画环和原子链。

在草画工具条上单击Sketch Ring 按钮，鼠标移到三维窗口。

鼠标变为铅笔行状提示你处于草画模式。

鼠标榜的数字表示将要画的环包括的原子数目。

可以通过按3-8的数字键改变。

确保这个数字为6，三维窗口中单击。

画出了一个6个C原子的环。

如果安装ALT键单击，产生共振键。

现在单击草画工具条Sketch Atom 按钮，这是通用添加原子工具，可加入任何元素，默认加入C原子。

如下在环上加入两个C原子。

在环上移动鼠标，当一个原子变为绿色时单击，键的一端就在这个原子上，移动鼠标再单击就加入了一个C原子，再移动，并双击。

这样在环上加入了两个原子。

另一种结束添加原子的方法是在最后一个原子位置单击，然后按ESC键。

注意，新加入的原子的化学键已经自动加上。

注意：你可以按Undo 按钮取消错误操作。

4、加入氧原子。

按Sketch Atom按钮旁的向下按钮，显示可选元素，选择氧Oxygen，在支链上移动鼠标，当变为蓝色显示时单击，这个原子就有了一个化学键，移动鼠标并双击。

加入了O原子。

在3D窗口工具条上按按钮，进入了选择模式。

5. 编辑元素类型。

单击链末端的C原子，选定它。

选定的对象用黄色显示。

按Modify Element按钮旁的箭头，显示元素列表，选择Nitrogen氮，选定的原子就变为了氮原子。

单击三维窗口中空白地方，取消选择，就可以看到这种变化了。

6．编辑键类型。

在三维窗口中在C和O原子中间单击选定C－O键。

选定的键以黄色显示。

按下SHIFT键，单击其它三个相间的键。

现在选定了三个C－C键和一个C－O键。

单击Modify Bond 按钮旁的向下按钮，显示键类型的下拉列表，选择Double Bond双键。

取消选定。

7. 调整氢原子和结构现在可以给结构自动加氢。

单击Adjust Hydrogen 按钮，自动给模型加入数目正确的氢原子。

单击Clean 按钮，调节结构的显示，它调整模型原子的位置，以便键长、键角、和扭矩显示的合理。

8. Kekule和共振键转变。

Materials Studio的计算键工具可以容易的在KeKule（开库勒）和共振显示模式间转变。

选择Build | Bonds命令，打开Bond Calculation对话框。

在Bonding Scheme （键模式）选项卡中，Option部分选中Convert representation to checkbox，空格里默认显示Kekule，选择Resonant。

按对话框底部的Calculate（计算）按钮。

C环以共振方式显示。

本例子中要以Kekele方式显示，所以选择Edit |Undo命令，或者按标准工具条中按钮，取消刚才的计算。

关闭Calculate Bonds对话框。

9. 查看修改键长：你可以使用草画工具条Measure/Change工具来查看修改距离、角度和扭矩等。

Measure/Change tool单击Measure/Change按钮旁的向下按钮，选Distance(距离)，然后鼠标在氧原子上移动，直到它以蓝色凸出显示，单击。

同样方式单击和氧原子成键的那个C原子。

这样建立了一个距离监视器，以埃为单位显示键长。

鼠标在三维窗口中空白处向下拖动，增加C－O键长度，再按Clean按钮。

监视器的数值显示出当前的长度。

最后，单击Rotation Mode（旋转模式）按钮，拖动鼠标，以不同角度查看模型。

距离监视器的颜色在活动时为红色，不活动时为蓝色。

你可以使用Properties Explorer（属性管理器）查看你创建的模型的有关信息。

选择View | Explorers | Properties Explorer命令打开属性管理器。

属性管理器一般停靠在窗口坐标。

可以在它标题栏拖动取消停靠或者停靠在其它地方。

单击属性管理器中的Filter下拉菜单，选择molecule（分子）。

二、绘制苯酚(1).打开MS Modeling：运行MS Modeling 并且生成一个新的3D 文档。

(2). 绘制环：并在文档中绘制一个6 元环。

注意当你在绘制的同时按下Alt 键，会绘制带虚线的六元环，表示在这里有部分双键的性质，即为芳香键。

（3）加氧原子：由于苯环中六个碳原子完全相同，因此可以在任何一个碳原子上加入氧原子。

在Sketch 工具栏上单击Sketch Atom 按钮，在任意碳原子上单击并拖拽生成氧原子。

在Sketch 工具栏上单击Auto Hydrogen 按钮自动为分子加入合适的氢原子，同时按下Clean 按钮，以获得更具有化学合理性的分子结构。

绘制完成后，可以用不同的观测工具对分子进行平移、旋转和缩放操作。

三、绘制双环戊二烯双环戊二烯经常被用到杀虫剂和除草剂的合成工艺中。

首先在新文档中加入一个六元环，然后将环的尺寸改为五元环。

将鼠标移动到六元环的一个键上，当该键变为蓝色的时候按下鼠标左键将在该六元环上加入一个五元环结构。

选择Sketch Atom 按钮，保证绘制原子为碳原子。

在下图的1、2 号原子之间连续单击以生成桥碳原子。

选择3、4 号键，并在Bond Type 按钮中将其设置为双键。

最后我们将为其加入合适的氢原子并对整个结构进行整理。

第二次课用第一性原理预测AlAs 的晶格参数背景：最近在密度泛函理论方法(DFT)应用于大周期系统的研究方面的进展在解决材料设计和加工上变得越来越重要。

该理论允许对实验数据进行解释，测定材料的潜在性质等等。

这些工具可以被用来指导新材料的设计，允许研究者了解潜在的化学和物理过程。

本指南描绘了CASTEP 是如何使用量子力学方法来测定材料的晶体结构，使用者将学会如何构建晶体结构，设定一个CASTEP 几何优化任务，然后分析计算结果。

本指南运行的几何优化任务需要耗费巨大的计算时间。

1. 构建AlAs 晶体结构构建晶体结构，需要了解空间群、晶格参数和晶体的内坐标等知识。

对AlAs 来说，空间群是F-43m，空间群代号为216。

基态有两个原子，Al 和As 的分数坐标分别为(0, 0, 0)和(0.25, 0.25, 0.25)，晶格参数为5.6622 Å.。

第一步是建立晶格。

在Project Explorer 内，右击根目录选择New | 3D Atomistic Document。

右击该文件，将该文件重新命名为AlAs.xsd。

从菜单栏里选择Build | Crystals | Build Crystal。

Build Crystal 对话框显示出来。

点击Enter group 输入216，按下TAB 按钮。

空间群信息更新为F-43m 空间群。

选择Lattice Parameters 标签栏，把值从10.00 变为5.662。

点击Build 按钮。

一个空白的3D 格子显示在3D Atomistic 文件里。

现在可以添加原子。

选择菜单栏里的Build | Add Atoms。

使用这个对话框，可以在确定的位置添加原子。

在Add Atoms 对话框上，选择Options 标签栏。

确认坐标系统设置为Fractional。

选择Atoms 标签栏。

在Element 文本框里，输入Al，然后按下Add 按钮。

铝原子被添加到结构中。

在Element 文本框中，输入As。

在a、b 和c 文本框分别输入0.25。

按下Add 按钮。

关闭此对话框。

原子被添加到结构中，对称算符被用来建立晶体结构中的剩下的原子。

原子也会显示在相邻元胞中，这描绘了AlAs 结构的化学键的拓扑图像。

从菜单中选择Build | Crystals | Rebuild Crystal...。

按下ReBuild 按钮。

外部原子被移走，并且晶体结构显示出来。

可以把显示模式改为球棍模式。

右击结构文件，选择Display Style。

在Atom 标签栏上，选择Ball and stick 选项。

关闭此对话框。

3D Viewer 内的晶体结构是传统元胞，显示了晶格的立方对称性。

CASTEP 使用晶格的完全对称性，如果存在的话。

这样，每个元胞包含两个原子的原始晶格可被用来计算，这与包含了8 个原子的传统晶格不同。

电荷密度、键长和每个原子的总能量将是一样的，而不管这个元胞是如何被定义的。

这样，在元胞中使用了较少的原子，计算时间将被缩短。

Note：在计算磁系统时需要注意对自旋极化的计算，这时候电荷密度自旋波的周期是原始元胞的数倍。

选择菜单栏里的Build | Symmetry | Primitive Cell。

模型文件显示为原始胞。

2. 设置CASTEP 计算任务选择工具条中的CASTEP 工具，然后选择Calculation。

CASTEP 的Calculation 对话框显示为：现在需要对结构进行几何优化。

把Task 改为Geometry Optimization，计算精度设置为Fine。

优化的默认设置是只对原子的坐标进行优化。

然而，本例中，在对原子坐标进行优化的同时也要对晶格进行优化。

按下与Task 相关的More…按钮，勾选上Optimize Cell 关闭此对话框。

当改变计算精度的时候，其他的参数也会自动作相应的变化。

选择Properties 标签栏。

在Properties 栏里，可以指定需要计算的性质。

勾选上Band structure 和Density of states。