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Build两次,然后关闭对话框。 将会产生两个分开的.xsd文件,每一个都含有长度约100?的纳米管。
接着对SWNT (2).xsd文件进行编辑,将其中的大部分原子删掉去创建一个模式。最快的方式为使用3D Viewer Selection tool移除不需要分原子。
在默认的纳米管窗口,选择管的一半,然后选择Delete键进行删除。旋转纳米管直到长轴横穿屏幕。使用3D Viewer Selection tool去选择和删除其他原子,直到达到模式结构如下图所示。然后将其命名为C24_rings.xsd。
有些情况,可能用到很多模式进行粗粒化。所以,可以将多种模式储存在Study Table中。注意:可以使用Study Table建立一个模式数据库。
创建一个新的Study Table文件,命名为patterns.std。在Project Explorer中,右击C24_rings.xsd,从菜单中选择Insert Into。在Study Table文件中的第一列即插入了C24_rings的结构,接着就可以使用这个模式进行粗粒化。
打开Coarse Grain对话框,在Method部分中选择Patterns,然后在下拉菜单中选择patterns.std;不选择Subunits。可以进一步预览原子结构和珠子结构中的匹配。
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将SWNT.xsd激活,然后在Coarse Grain对话框中,点击Preview按钮。 接着将会看到大部分的原子被定义为运动组。然而,用C24_rings模式不能将全部的碳纳米管匹配。一个警告会出现(如下图所示),这些不匹配的原子会被粗粒化工具选中。在这个例子中,没有模式能够匹配所有的原子,所以不能被匹配的原子应该删除。
在警告菜单中,点击OK。然后点击SWNT.xsd窗口,选中右键下拉菜单中Delete。 这样多余的原子被从碳纳米管中删除,运动组定义了每个与模式匹配组中的原子。在上面那个例子中,创建了含有类型文件的Study Table,这样就可以编辑珠子的名字。在这个例子中,我们已经定义了模式的名字,所以不需要在类型文件中定义珠子类型名字。一个类型文件的Study Table会自动更新。
在Coarse Grain对话框中,选择Automatically update typing document,然后点击Build。 这个Study Table中含有的原子分组和珠子类型都是自动更新的;生成了含有单壁纳米管的粗粒化模型SWNT_CG.xsd结构。
在进入下一部分之前,保存这个工程,从MS Modeling 菜单栏中选择 File/Save Project。最后关闭所有窗口,选择Window/Close All。
1.14. 聚合物和药物混合体系的粗粒化
粗粒化,不局限于模式或子结构,但在适当的情况下可以结合使用。为了证明这一点,我们将对含有药物和聚合物的混合体系进行粗粒化。我们将定义一个模式来粗粒化药和肉桂,使用聚合物的重复单位来粗粒化聚合物。含有肉桂和聚氧乙烯三维周期结构已提供。
从Examples\\Documents\\3D Model\\polyoxyethylene_cinnamide.xsd输入结构。这个结构由3个肉桂分子和10个聚氧乙烯分子组成。 47
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创建一个新的3D Atomistic Document,命名为cinnamide.xsd。然后激活polyoxyethylene_cinnamide.xsd,选中原胞中的一个肉桂分子,复制到cinnamide.xsd中。 这样可以使用整个分子作为一种新的模式进行粗粒化,单个珠子取代每个分子。在这个例子中,我们将使用一个更细粒度的模型,其中每个分子都被含有5个珠子的介观分子替换,每个约含2个非氢原子。
在模式文件中可以用运动组指定所需的原子分组。在粗化这个分组将被转到结构中的每个匹配部分。这种方式,每个分子以同样的方式进行粗粒化,而无需一个一个地分配运动组到所有分子。
在cinnamide.xsd文档中对酰胺基、侧链上的环氧基和环上3个组的原子创建运动组,将其定义为对应于珠子的原子组。
因为在纳米管案例中,已经生成了一个patterns.std文件,在这里我们可以直接将结构插入其中,将其用作一个模式。
激活patterns.std,在Project Explorer中选择cinnamide.xsd,然后右击下拉菜单中选择Insert Into。 现在已经准备好进行粗粒化。对于这个例子,会产生类型文件,然后分为两个步骤进行构建。
接着激活polyoxyethylene_cinnamide.xsd,打开Coarse Grain对话框,选择Subunits 和Patterns,点击Update按钮。 珠子类型Study Table文件被面板上唯一的组和结构中的子结构更新。应该可以看到,以前的氧乙烯结构类型保持不变,但增加了4个新珠类型。
珠子类型结构CH2NO、C2H2、C2H对应面板中的组;边链中的C2H2和环中组对应相同的珠子类型,因为它们有相同的构象。
保留下的新珠子类型结构对应着端基为羟基的氧化乙烯,可以将名字改为更具有描述性的。
在Bead Typing.std中将Bead Type Name中的OXYE_2改为oxyethylene_terminator_2。 接着将周期性结构进行粗粒化,
激活polyoxyethylene_cinnamide.xsd,打开Coarse Grain对话框,然后点击Build按钮。 生成一个新的polyoxyethylene_cinnamide CG.xsd文件,包含粗粒化的聚合物和从图样结构自动粗粒化的肉桂。
粗粒化练习到此结束。
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2. CASTEP和Dmol3模块的使用
2.1 BN的弹性常数计算
目的:说明如何利用CASTEP计算弹性常数。 模块:Materials Visualizer, CASTEP
背景:最近密度泛函理论(DFT)在大周期体系的研究进展,尤其在解决材料设计和加工问题上的应用变得越来越重要。DFT计算模拟工具可以被用来指导新材料的设计,使研究人员可以解释理解变化过程下的化学和物理本质。
介绍:在本练习中,你将会学习如何利用CASTEP计算弹性常数和其他的力学性质。首先要优化立方BN的结构,然后你将计算其弹性常数。
2.1.1 开始
打开Materials Studio 并新建一个project。
打开 New Project 对话框,键入BN_elastic 作为project name,单击OK 按钮。 新project 将会创建并显示在Project Explorer中。下一步是导入立方BN 的结构。 选择菜单 File | Import... 打开 Import Document 对话框。浏览并选择Structures/semiconductors/ BN.msi,单击Open 按钮导入结构。 窗口中显示立方 BN 的晶体结构
这是Conventional cell的形式,为了节省计算时间,可以将其转换为Primitive cell的形式。
选择菜单 Build | Symmetry | Primitive Cell。
2.1.2 优化立方BN的结构
在弹性常数计算前的几何结构优化并不是必须的,这样你将得到以实验得到的结构的Cij数据。但是更为合理的结果是首先进行充分的几何结构优化(包括元胞优化),然后计算相应的理论基态结构的弹性常数。
弹性常数尤其是剪切常数的计算精度,强烈依赖于SCF计算的精度,尤其是Brillouin zone 取样的质量和波函数的收敛程度。因此,SCF tolerance应该采用Fine设置,同时k-point 取样也应该采用Fine 设置。
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单击工具栏中的CASTEP 按钮Modules | CASTEP | Calculation。 打开 CASTEP Calculation 对话框。
,并从下拉菜单中选择Calculation,或选择菜单
在Setup选项卡中,设置Task为Geometry Optimization,Quality为Fine,Functional为GGA和PW91。 单击More...按钮打开CASTEP Geometry Optimization对话框,勾选Optimize cell并关闭对话框。 在Job Control选项卡选择你想运行CASTEP计算任务的Gateway。 单击Run按钮开始CASTEP计算。 计算完成后,打开优化完成的结构文件BN.xsd。 在窗口空白处右击,选择Lattice Parameters。 可以看到完成优化后,晶体结构的晶胞参数约为a = b = c = 2.575 ?。 现在你可以在优化后的结构基础上继续进行弹性常数的计算。
2.1.3 计算立方 BN的弹性常数
选择CASTEP单击More...按钮。 打开CASTEP Elastic Constants对话框。
| Calculation对话框中的Setup选项卡,设定Task为Elastic Constants,
增加Number of steps for each strain到6,关闭对话框。确定几何优化后的机构文件BN CASTEP GeomOpt/BN.xsd为当前活动窗口,单击Run按钮进行计算。 注意:如果结构文件BN CASTEP GeomOpt/BN.xsd在设置之前已经打开并激活,那么
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