MS建模小结-2

MS建模小结 1

MS建模小结

本小结大部分内容取自各论坛，本人仅对相关内容进行了补充，本着取之小 目虫，还之小木虫的目的，将本小结整理上传。大家应感谢小木虫论坛的众多高 手为我们提供了诸多有益素材。MS方面资料不多，希望大家一起动手，互相帮 助。

—— cup_lee

下面资料部分取自本论坛leeshower开的Materials Studio 画分子模型大家 谈！（小专栏），向他表示感谢，希望更多像leeshower的高手出手指点 1、关于画苯环

很多初学者经常会把环己三烯和苯环相混淆。表面上看，凯库勒式是一样的。 实际上在MS中二者是截然不同的。画苯环最简单的方法是：Alt+六元环画笔。 第二种方法就是先画一个六元环，再按住Shift 键选中六个环单键，将其改为 partial double bond。

当我们考察各种种画法是否相同，可以考察电荷。刚画好的环己三烯和苯环 所有原子的电荷都为0（可以从properties 浏览器中看到）。这是因为画3D 模型 只是第一步，我们并没有用力场定义它们。很多朋友往往认为画好就行了，马上 就可以用模块算，这种想法是导致许多严重错误的根源。我向大家建议一个好的 习惯：画好模型后，用Discover--〉Setup--〉Energy 页中选中compass 力场（最 常用的定义最全力场），再在Typing页中按下calculate键，马上分子里的所有原 子都具有了电荷。

细心的朋友可能发现菜单Modify 下面有一个charge 项，里面也有一个

calculate按钮。这个按钮和discover-->setup-->typing中的calculate有着本质的不 同。请大家不要随便按。好奇的可以看看相关help。

cometring：第一次画苯环就忘了加氢了，所以计算了也没电荷，可是我不 明白，为什么画好了还要计算一下电荷？直接进行构型优化之类的不可以吗? leeshower：完全可以！这取决于你在Discover 中SETUP的参数设置。很多 动力学相关模块都仰仗Discover 中SETUP 的参数设置，然后自动就可以

TYPING！我这里只是告诉大家一个纠错的方法。很多时候我们犯的错误都来源 于一些很难想到的小错误。 小补贴：

使用fragment 进行build polymer 的时候一定要先将自己定义的frament

优化一下，再build polymer。否则一旦用没优化的fragment建了长链，能量有 可能高的离谱，那时你再做优化都没用。用这样的模型即使运算成功了，那本来 PDF 文件使用 \试用版本创建www.fineprint.cn

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就是个错误！这就是所谓的软错误，软错误计算机是不报警的！所以，“千里之 堤，毁于蚁穴！”切忌。 补充：关于画萘等多苯环芳烃

首先按住ALT+六元环画笔，左键单击画出多环芳烃，然后再把鼠标移到芳 环的键上，键变为蓝色后按住ALT键，单击即可。这样即可画出多环芳烃 2.我犯的第一个错误：加H

最开始我用MS2.0中的Amorphous Cell做柴油降凝，画C16的长链。画完

了没有加H，当时我写有机的简单式写惯了，总认为H 可以忽略，结果放到无 定形晶胞中的都是灰色的“碳虫”。结果居然还能够做动力学运算，甚至可以给出 最小均方位移！不管怎么解释，这样做都是不对的。谁见过光秃秃的碳还是单键 连着的？！不知现在能否同纳米形态解释当初的计算结果。大家可以不加H 试 试，但是绝对要养成画好后按下加H的习惯。

3、使用Builder Polymer画长链一定要在最后按一下“加H”

以前使用Builder Polymer 画长链。可是一做就报错。最后我才发现链的尾

巴上少了一个H原子。最后用Builder Polymer 画长链总是在尾巴上少了一个H， 这是Builder Polymer总是用fragment 做Unit 的。大家要记住这种教训哦！！ 4、高分子模型建模

使用fragment进行build polymer的时候一定要先将自己定义的frament优化

一下，再build polymer。否则一旦用没优化的fragment 建了长链，能量有可能高 的离谱，那时你再做优化都没用。用这样的模型即使运算成功了，那本来就是个 错误！这就是所谓的软错误,软错误计算机是不报警的！ 5、结构优化

除了minimizer之外，还有更好的单分子和周期晶胞的优化方法。大家可以 使用Forsite Tools优化，特别是Geometry Optimization方法，比Minimizer好多 了（注意力场的选择）。力场请见第七条。 6、一个小题目

如果通过大家的实践已经有了一定的3D建模基础，不妨可以找来超分子“环 糊精”的结构来画画看。这方面关于分子模拟的论文也不少。画环糊精的时候， 要区分绝对坐标和相对位置、相对移动、相对旋转之间的关系，这主要是“SHIFT+ 鼠标右键”旋转、“SHIFT+ALT+鼠标右键”移动，两个基本3D空间操作快捷键。 画好单体后，先要把它的位置放好，然后复制5 个（阿法型环糊精），一定要把 这6个单元仔细放成环形（注意大口和小口），然后再把氧键连起来。分别用规 PDF 文件使用 \试用版本创建www.fineprint.cn

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则化按钮，minimizer、和forcite机和构型优化一下看看哪个最好。

注意：6 个单元的仔细摆放很重要，随便摆摆甚至将单元摆反会造成“永恒 的后果”。记住，MS能够修正由于误差造成的3D结构，但是绝对不会纠正严重 的结构错误。看结构画得好不好，可以通过几何优化过程中能量演化曲线的下降 速率看出，正确的结构能量曲线会迅速下降的。这是一个很容易掌握的经验。 补充：建模中的快捷键 默认结构编辑

功能按键 剪切CTRL + X 拷贝 CTRL + C 粘贴 CTRL + V 删除 DELETE

X－Y平面内平移选定的对象SHIFT + 鼠标中间拖动

X－Y平面内平移选定的对象SHIFT + ALT + 鼠标右键拖动 相对屏幕水平移动选定对象SHIFT + X +鼠标中间拖动 相对屏幕竖直移动选定对象SHIFT + Y +鼠标中间拖动 相对屏幕垂直移动选定对象SHIFT + Z +鼠标中间拖动 相对屏幕水平移动选定对象SHIFT + ALT- 鼠标水平移动 相对屏幕竖直移动选定对象SHIFT + ALT- 鼠标竖直移动 相对屏幕垂直移动选定对象SHIFT + ALT- Z－鼠标移动

沿着XY轴旋转选定对象SHIFT + 鼠标右键在靠近窗口中央拖动 沿着Z轴旋转选定对象SHIFT + 鼠标右键窗口边缘拖动 绕X轴旋转选定对象SHIFT + X +鼠标右键拖动

Rotate selected objects about Y SHIFT + Y +鼠标右键拖动 Rotate selected objects about Z SHIFT + Z +鼠标右键拖动

选择模式下：

功能按键

选择多个对象鼠标左键拖过对象 取消选择鼠标左键在空白处拖动

草画原子模式下：

功能按键

开始添加原子空白处单击鼠标

在已有原子上再加原子在原子上单击 创建化学键先后单击这两个原子

XY 方向平移__________原子单击原子并拖动。 合并两个原子把一个拖到另一个上 移动已画原子鼠标拖动它

前后移动已画的原子ALT + 鼠标左键拖动

改变已画化学键的长度SHIFT + ALT +鼠标左键拖动 添加原子并停止草画左键双击 停止草画ESC

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停止草画单击活动窗口以外地方 改变化学键的数目单击化学键

在化学键中插入原子ALT + 单击化学键 替换元素ALT +单击原子

画原子团片断

功能按键

建立独立原子团空白处单击

向原子上添加原子团 单击头上的原子

添加原子团并旋转 在头上原子单击并拖动

结合两个原子团片断 ALT +分别单击两个原子团头上的原子 改变原子团结合点 双击原子团头上的原子

7、介绍一下COMPASS ,PCFF,CVFF,DREIDING这几个力场的区别

其实我们用得最多的还是COMPASS力场。其他的力场用在纯有机物研究， 或生命药物研究方面。力场主要强调对元素周期表的覆盖度和各价态元素的定义 准确性。这两个任务属COMPASS力场结合的最好（最广的覆盖度和较为准确的 价态元素定义）。其它的力场在有机分子或DNA 方面有着很高的准确性，但是 元素覆盖较少。这里我就不具体介绍其他的力场了。大家如果感兴趣可以看看徐 攸杰的计算机药物分子模拟一书，那里面讲的很全面。另外universal 力场是 COMPASS 的候选。大家在使用的时候一定要到DISCOVER 里看看有没有对所

研究的分子各形式的定义，否则会报错的。其实这是一个好主题，很多学习分子 模拟的都对力场有疑惑，欢迎大家能上网好好找找这方面的材料并传上来！ 补充：有一本一本详细介绍各种力场的书《Forcefield-Based Simulations》， 我已经上传至小木虫：

http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=849682&fpage=1， 有需要的自己看。 8、关于画晶体结构

大家用ICSD数据画晶体时，要注意Add Atom的顺序，加原子的先后顺序

不一样，会导致不同的晶体周期结构，MS的这种建模不确定性令人头疼。所以 要在Add Atom上多试几种顺序。

make P1 要慎用。再用Morphology 作晶体预测时，不能为了修改晶体结构 把对称性改为P1。这和CASTEP 有着本质的区别。如果这样做了，那么预测出 的晶体都是立方柱结构。

Morphology预测时，最容易成功的是BFDH法。对于PBC法用于有机晶体 成功性高，用于无机晶体就很难说了。

abc6394490：在ICSD中导出的CIF格式文件用MS打开后，原子之间没有 成键，Rebuild Crystal也没有用，不知道该如何解决？

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Wendaoliuxu：为什么一定要算成键？我试过CSTEP 模块算ABO3 钙钛矿 的能量等，从icsd导入后，相同两个样本，一个用calculate bond生成了键，另 一没有，结果一模一样。若实在想把键都画出来，可以编程。比如A 离子和B 离子之间，若实际距离小于A离子和B离子半径和105％以上，则认为成键。 补充：关于ICSD 和CCDC 的安装和使用

ICSD请见本论坛xuejxfxmc 的《清华大学材料ftp里ICSD的下载已解决》 CCDC请见本论坛geode 整理的《CCDC的剑桥晶体结构数据库（CSD）坛 子资源最新整理及安装体会》 9、关于晶体参杂

Make P1，修改参杂原子。注意SuperCell的使用以及晶胞原子分数的确定是 比较矛盾的，要好好斟酌。注意布里渊区的选定及合适的K 点采样。最好做了 纯晶体的Geometry Optimize的收敛性测定及误差评估后，再参杂。 补充：建模时加入杂原子的方法

方法一：用鼠标点上将要被取代得原子（点上后原子颜色将变成黄色），在 窗口的右边属性栏中，将会显示这个原子的相关属性，并告诉你这个原子的元素 种类（比方是Al 吧），然后点这个元素种类Al，将出现一个元素周期表，选择

你要掺杂得原子，确定就可以了！

方法二：建立完没有掺杂的晶胞后,选supercell,然后再选择要替换的原子,进 行掺杂.如果不把晶胞的对称性改为supercell就不能改变其中的一个原子,而是由

于对称性把同一元素的所以原子改变了 10、MS Castep进行结构优化的问题

利用Castep 进行结构优化时可不可以更改某一原子的占有率然后利用其它

原子替代一部分，比如某一原子占有率为1 改为0.95 后，在同一位置放上另一 原子占有率设定为0.05，进行结构优化可否运行下去？我这样计算试了几次老是 出错！！！！ Atom occupancy

The vast majority of atoms will have an occupancy of unity. However, in the case of

an atom on a partially occupied interstitial position, you can specify an occupancy

ranging from 0.0 to 1.0. Mixture atoms

Atomic sites in a crystal can also be described in terms of a hybrid atom that consists

of two or more element types. The relative concentrations can be set for any number

of atoms, but the total concentration must not exceed 100%. The mixture atoms

description is the most often used representation of solid solutions, metallic alloys,

disordered minerals, etc.

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如果做掺杂，通过建立超胞来取代，而不要更改占有率。占有率，适合于固 溶体，金属合金,无序矿物。超晶胞CASTEP 优化的速率比占位取代Atom occupancy 要快。

至于优化失败，要根据错误提示察看原因。优化的时候固定所有原子的位置， 选择optimize cell,然后设定优化的步数，CASTEP会算到设定的步数才停止。完 事后查看.castep 文件，里面有各个步数的能量，导出后找出能量最小的一个。 注意，优化完的那个构型并不是能量最低的构型，而是优化步数进行到最后一步 时的构型！！！

11、用Materials Studio 算晶体表面能

CASTEP 计算的总能是一个相对值，一般情况下它的差值才有意义。用

MS里面的Inport 晶胞进来，然后Build--Surfaces--CleaveSurface即可建立自己的

模型结构。然后把表面设成超元胞，注意加入真空层，固定下面的原子，CASTEP 进行几何优化即可，需要注意这时的总能和同等数量原子的晶体总能的差别并不 是表面能，因为超元胞中存在着上下两个表面。morphology模块是基于分子力

场的，适宜大的系统和较大的计算量，但准确度与基于密度函数理论的CASTEP 有较大差距，但CASTEP难以计算大的系统。 12、建立晶体的模型步骤： build/build crystal,弹出对话框，然后按照晶格参数填入。这个时候要选择空 间群（group这个选项），这里注意，在开始建立的时候要填入的是晶格参数，也

就是a，b,c。然后添加原子，添加原子的时候要填入的是每个元素对应的坐标， 也就是x,y,z，进行到这里，初步的结构就出来了。然后要点build/crystal/rebuild

crystal；这样，图形就整洁了很多。按照教程所说，还要点build/symmetry/primitive cell

注意事项：已经知道其晶格参数（这点重要啊，开始不了解需要知道这个参 数，走了一些弯路）。开始构建的时候犯了个错误，在add atom的时候没有注意 弹出的对话框里有个Option 选项，里面有个坐标要选分数坐标。所以，这里也 要注意。

采用DMOL3建模的基本步骤

第一种情况: 从程序自带的各种晶体及有机模型中导入体系的晶胞打开 MS，由file>import>structures>metals\\>pure-metals>Fe导入Fe的晶胞。由build > Surfaces > cleave Surfaces打开对话框。在对话框中输入要建立的晶面（hkl），选

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择 position，其中depth 控制晶面层数。进入build>Supercell，输入A 、B 、C

的值，得到想要的超晶胞。到该步骤，我们已经建立了一个周期性的超晶胞。如 果要做周期性计算，则应选择build>Crystals>build vaccum slab，其中真空层通常

选择10 埃以上。如果建立团簇模型则选择build>Symmetry>Non-periodic Structure，去掉模型的周期性，并跟据自己的实际需要删除部分原子，得到想要

的团簇模型。在表面插入分子时通过菜单栏上的几个小图标添加即可。 第二种情况: 手动建模，优点是可控制晶格常数。

首先从文献中查到晶体的晶格常数的实验值。打开build>Crystals>build crystals，可见到对话框。在对话框中选择空间群与点群，然后在Lattice Parameter

中设置晶胞基矢的长度及夹角。然后打开build>Add atom，从对话框中输入坐标。 这里只需输入几个有代表性的原子的坐标，不必全部输入。在坐标输入前首先在 option页面中选择coordinate system，或者分数坐标或者卡迪尔坐标。

以下步骤重复2-5步。需要注意的是，采取什么样的团簇并不是任意的。原因是 很多模型构造出来后在优化过程中往往不收敛。要避免这个问题的办法是查阅文 献，参考文献上模型进行选取，因为它们的模型通常是经过试验证实收敛的。

几点说明

1．与高斯相比，dmol3 能够计算的体系更大。如果要研究表面的吸附，而 模拟表面的团簇模__________型又比较大，建议采用dmol3。如果计算的是局部化学反应，

而体系也不是很大，则可以使用高斯。 2．关于是否考虑周期性条件的问题 研究金属表面时，团簇计算方法在前些年由于计算量小曾经被广泛的应用过，直 到现在也被很多人在使用着，主要被用来计算吸附和多个分子的共吸附等，即不 考虑化学键的断裂。近年来由于国际上计算能力的提升，人们开始考虑周期性 条件，这点从JPCA，JPCB，PRL，PRB，JACS 等杂志上刊出的文章里也可以 看出，但是计算量要大很多。

需要注意的是，由于团簇计算方法没有考虑周期性，即在k 空间里只计算了Γ 点，采用该方法计算表面的化学键的断裂（即表面扩散问题等）时有可能受到质 疑。

3．在研究表面时，通常把团簇固定，只优化吸附在表面的分子，这一点可 以通过菜单栏上的Modify>Constraint 实现。首先选定团簇中需要固定的原子， 然后在下面的对话框中打勾。同时也可以在Measurement 里固定部分键长和键 角。

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关于计算参数设置

1. 主要有几个参数需要注意，对于Electronic 页面，需要注意的是Core treatment,对于过渡金属原子通常需要考虑相对论效应，因此一般不使用All Electron方法。其他几种方法任选。

Basis set 应为DNP，Setup下的Quality一般选fine。为了提高计算速度，一 个较好的办法是先用粗糙的Basis set 和Quality进行优化，然后再提高精度。 2. 还有一个非常重要的选项是Electronic>More>SCF里的Use smearing。这 个关键字有助于加快收敛，但是设的多大往往会产生错误的结果，它也相当于允 许的误差范围。具体设置办法可参考help。 其他的关键字可酌情设置。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1wow.html