MedeA

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MedeA – 工程師和科學家的高效率材料設計環境

(Material Explorer and Design Analysis for Designer and Expert)

 

不同於其他軟體,而是以整合多種計算工具所開發而成的使用環境。Materials Design Inc. 開發MedeA[專門材料設計平台]提供基於最具權威第一原理(VASP)、半經驗方法(MOPAC)、蒙特卡羅計算(GIBBS)以及分子動力學類比(LAMMPS),可以對金屬、半導體、高分子等材料進行結構預測、電子性質、光學性質、磁學性質、熱力學性質、彈性、振動性質、分子動力學性質等方面的計算。利用MedeA 平台可廣泛用於各種產業(觸媒催化, 鋰電池, 半導體材料等)

 

 

MedeA的便利性,提供:

 

 

 

MedeA軟體模組介紹:

 一、基礎模組

1. MedeA Environment•基本環境•:MedeA Environment是MedeA基礎環境模組,它提供建模、結果分析等用戶工具介面。作為MedeA的基本模組,MedeA Environment 整合各種計算引擎和物性預測模組進行統一管理工作。用戶可以基於研究目的隨意整合各個模組,提高工作效率。

2. InfoMaticA•資料庫管理•:InfoMaticA是資料庫管理工具。提供晶體結構資料庫(ICSDPearsonNCDCODMSI)的搜索引擎功能,並能得到詳細的有關結構資訊。

 

▲ MedeA 平臺的架構

 

Client-Server的架構

 

二、建模

MedeA使用戶在圖形介面下方便地進行晶體結構的建立、編輯等工作。根據需要可以建立缺陷、原子置換、原子插入等編輯操作,並可方便地建立、修改超晶胞、表面和介面等。包括:結構編輯、空隙結構檢查工具、置換結構搜索工具、分子創建模組、超晶胞建構工具、表面Slab模型等。

 

MedeA Standard Builders

MedeA Specialty Builders

 

三、計算程式

1. MedeA-VASP (第一原理電子結構計算程式)

VASP是基於密度泛函的增廣平面波贗勢電子結構計算程式。除超軟贗勢外,還包含Bloch的Projector Augmented Wave(PAW)贗勢。結合高效的對角化技術,實現高速高精度計算。它適用於穩定結構的確定、擴散路徑搜索、反應分析等問題的解決。VASP還是MT、Phonon等工具的計算引擎。

2. MedeA-GIBBS (蒙地卡羅計算程式)

基於蒙地卡羅方法計算氣體、液體的熱力學性質的程式。適用於小分子液/液、氣/液兩相平衡和納米孔的吸附性能等研究。GIBBS 使用經典力學方法,原子間的相互作用由力場描述。MedeA-GIBBS使用與 MedeA-LAMMPS 統一的流程圖模式介面,可以方便使用GIBBS 的各種功能。

 

3. MedeA-LAMMPS (經典分子動力學類比程式)

LAMMPS用於分子動力學相關的計算和模擬工作,因此可以支援包括氣態、液態或者固態相形態下、各種系統下、百萬級的原子分子體系,並提供支援多種勢函數且LAMMPS有良好的並行擴展性。

MedeA提供LAMMPS的多個專業工具箱(1) Diffusion (2)  Thermal Conductity (3) Viscosity (4) CED (5) Surface Tension (6) Deposition

 

4.MedeA-Gaussian(第一原理計算程式)

Gaussian 是著名的第一原理計算程式,用於研究總能,最低能量結構,振動光譜,極化性和熱力學性質。MedeA-Gaussian提供 Gaussian 09 和 16 版本進行計算。

 

5. MedeA-MOPAC(半經驗方法計算程式)

 

MOPAC是著名的半經驗方法計算程式,用於研究分子結構和化學反應。使用AM1, MNDO, MNDOD, PM3, PM6和RM1理論方法獲得分子的軌域,生成熱和分子結構。MOPAC可以計算分子、原子團和聚合物的振動光譜,熱力學性質,力常數和過渡態等。

 

四、物性預測

1. MedeA MT(彈性性能、熱力學性能計算工具)

分析物質的彈性性能和熱力學性能的工具。德拜近似的基礎上,計算彈性常數。自由能、比熱容等熱力學性能。

2. MedeA Phonon (晶格振動、熱力學物性預測)

研究晶格振動性質的工具。可以研究包含振動熵的自由能等熱力學物性預測。結合MT組合可以進行向穩定性研究、壓力下各種性質的計算、表面性質等各種性能的計算。

3. Transition State Search(過渡態搜索工具)

研究化學反應過渡態結構預測,反應活化能預測。

4. MedeA Electronics(電子狀態預測)

在費米能量處及其周圍的狹窄能量範圍內探索電子狀態,即可以被熱激活或可以通過摻雜訪問的那些狀態。主要關注的特性是等能量(Fermi)表面,對電導率和導熱率,熱電功率和有效質量的電子貢獻。

5. MedeA UNCLE(通用集群擴展)

在介觀和微觀尺度上擴展了對材料和屬性的訪問。保持二元密度密度泛函方法的預測能力和準確性,MedeA UNCLE可讓您確定穩定的多組分晶體結構並通過形成焓對亞穩結構進行排名。在大規模的蒙特卡洛模擬中使用所得的有效相互作用參數來捕獲實際材料在不同溫度下的配置複雜性。

6. MedeA Diffusion(擴散預測)

能自動化的計算您所選物質在分子動力學計算中的擴散性並幫助您觀察物質在不同成分中的擴散表現。

7. MedeA Thermal Conductivity(熱傳導性質預測)

基於力場方法預測不同塊才(金屬、半導體、陶瓷、有機物)以及納米結構的熱傳導性質,並觀測不同的現象,如: 固體中的熱邊界電阻,雜質和同位素效應。

8. MedeA Viscosity(黏度預測)

藉由LAMMPS計算,預測實驗上較難取得的流體黏度。

9. MedeA CED(結構內聚能預測)

藉由預測分子結構內聚能,可測得溶解度以及汽化熱,經由這兩項數值能預測混合物和共混物的熱力學相容性、拉伸模量和體積模量、表面和界面張力、玻璃轉換溫度、壓力引發開裂。

10. MedeA Surface Tension(表面張力預測)

提供使用者計算液體、熔融材料和介面的表面張力與介面張力。

11. MedeA P3C(高分子材料性質快速預測)

MedeA P3C使用經驗相關性通過相關方法對任何所需的熱塑性聚合物或共聚物系統計算出廣泛的性能。 MedeA P3C可用於創建和應用“設計師相關性”,並可以互動方式或在MedeA的流程圖中計算屬性。

12. MedeA QT(定量構效關係)

MedeA QT是一個交互式工具箱,可讓您開發定量結構的屬性/活動關係(QSPR / QSAR)模型。借助MedeA QT,您可以交互地調整QSPR模型的詳細信息,以便基於分子描述符,特性和活動描述給定分子或材料集的目標特性或活動。

13. MedeA Deposition(沉積計算)

粒子與表面之間的相互作用控制著許多重要過程,包括沉積,氧化,生長,表面改性,轟擊,濺射和蝕刻。 MedeA沉積模塊有助於模擬預定義的粒子對表面的自動連續衝擊,並使您能夠檢查控製粒子-表面反應和相互作用的動力學過程和機理

 

五、支援工具

 

1. MedeA Geometry Analysis(幾何分析)

針對晶型或非晶型的周期性模型提供大量信息如:對稱性細節,原子座標,原子距離以及對相關函數和粉末衍射圖樣。

 

2. MedeA Void Finder(間隙空間分析)

 

提供分析材料間隙空間,並在高對稱點中放入原子。MedeA Void Finder 使用Voronoi三角剖分算法,並在電子表格中顯示候選晶格點以進行分析和處理。

3. MedeA Trajectories(軌跡檔分析)

MedeA軌跡是在幾何優化和分子動力學模擬過程中創建的,根據模擬步驟監視結構,能量貢獻,力和應力張量。 MedeA的軌跡可用於力場優化過程。 MedeA提供結構演變的可視化和動畫效果以及能量貢獻圖。

4. MedeA Optical Spectra(光譜分析)

光譜由MedeA中的分子或固態從頭算代碼計算得出。對於具有周期性邊界條件的系統,頻率相關的光學功能是張量。 MedeA光學光譜工具可顯示介電功能,電導率,折射率,吸收指數和反射率的所有組件,並以定制方式可視化其所有組合。對於分子系統,MedeA的UV / Vis光譜顯示棒光譜和加寬光譜,包括根據光學矩陣元素和振盪器強度計算出的強度。預測的光譜可以被實驗數據覆蓋,可以對頻率,強度和線寬進行自定義縮放

5. MedeA Molecular Orbitals(分子軌域分析)

可以定性地預測,描述和理解分子,錯合物和弱結合簇中化學鍵的性質,化合物和催化劑的反應性以及化學物質的幾何形狀等。

6. MedeA Volumetric Rendering(體積渲染)

MedeA體積渲染提供了通用且易於使用的圖形工具,使您可以可視化3D計算數據,例如總,價,偽和變形電荷密度,磁化密度,總局部電勢,電子定位函數,分子軌道和費米表面。可以將數據可視化為覆蓋有原子結構的等值面,通過3D數據集切片的平面內的顏色編碼輪廓圖,或沿空間中特定方向的平面平均值。

7. MedeA Vibrational Property Analysis(振動性質分析)

MedeA振動特性分析工具由可視化工具組成,這些可視化工具用於具有周期性邊界條件的系統的聲子色散和狀態的聲子密度,以及分子系統,固態系統和表面系統的紅外光譜和拉曼光譜。聲子色散沿著通過布里淵區的路徑繪製聲子和光學聲子模的頻率。這些模式中的每一個都可以進行動畫處理,即創建一個結構模型,並且組成原子沿由極化函數定義的方向和幅度振動。狀態的聲子密度顯示在特定頻率間隔內遇到的模式數量,特定原子的單獨貢獻和不同笛卡爾方向(x,y,z)的狀態。根據狀態的聲子密度,可以得出與溫度有關的精確熱力學函數。包括強度的紅外和拉曼光譜顯示為棒狀光譜和加寬光譜。對於分子系統,每個模式都可以從相應的棒表示中進行動畫處理。預測的光譜可以由實驗數據覆蓋,並具有自定義的頻率,強度和線寬比例。

8. MedeA Electronic Structure Analysis(電子結構分析)

MedeA電子結構分析包含用於帶結構和狀態密度的可視化工具。能帶結構沿著穿過布里淵區的路徑繪製能帶,並允許例如詳細分析半導體和絕緣體中的能帶邊緣狀態。狀態的密度顯示在特定的能量間隔內遇到的狀態數,其中特定原子的單獨貢獻和不同的角動量(s,p,d,f)。狀態密度的這些細節使得可以對電子結構和鍵合進行深入分析。

9. MedeA Docking(對接位置分析)

MedeA Docking自動創建,調整和完善主-客系統和表面-客系統。所得的主客體結構可用於基於力場和第一性原理的模擬中。主要功能包括:大大簡化了吸附物-吸附物系統的創建、使用能量標準細化吸附物的位置和方向、互動模式以及與MedeA流程圖的集成、控制仿真長度,蒙特卡洛溫度,最大位移和旋轉、與MedeA的Compute Engines完全集成。

 

10. MedeA Morphology(型態分析)

MedeA形態模組利用給定係統的晶格參數,空間群和表面穩定性來確定該晶體可能的終止面和形態。這些數據確定可能的晶面及其相對取向。晶體的總體形狀由每個晶體面的相對重要性決定。

 

11. MedeA Deformation(形變分析)

塑性變形和斷裂發生在彈性範圍之外,並且不容易模擬。 MedeA變形模塊評估了超出彈性範圍的材料的應力-應變關係,該關係可用於提取材料的機械性能,包括楊氏模量,屈服強度,極限強度,斷裂強度和剪切強度。

 

六、支援工具

1. Automated Convergence(自動測試收斂工具)

VASP需要對其幾種參數進行收斂測試。Automated Convergence對參數自動進行能量收斂測試,並能確定最佳參數值。

2. Forcefield(力場選擇設置)

3. MedeA High-throughput(高通量計算)

 

七、管理系統

Job Server/Taks Server(作業管理工具)

MedeA包含整合網路技術的作業管理系統。與獨立的作業排隊系統結合,能在遠端電腦上自動處理作業調度、計算結果管理。提供高效的計算環境的強有力的工具。

 

 

▲ MedeA GUI 畫面

 

InfoMaticA 介面

 

VASP GUI

 

Interface Builder 設定

 

“Empty Space Finder”自動搜尋

 

Transition State Search介面

 

費米面結果

 

MedeA-Phonon 介面

 

MedeA-MT 自動計算"彈性模數"輸出

 

GIBBS 圖表

 

八、方案配置規劃(部分方案)

1.Ab initio Basic Package

= MedeA+InfoMaticA+JS/TS+ VASP

2.Interface Package

= MedeA+InfoMaticA+JS/TS+ VASP+MT+Interface Builder

3.Thermochermistry Package

= MedeA+InfoMaticA+JS/TS+ VASP+Phonon

4.Thermomechanica Package

= MedeA+InfoMaticA+JS/TS+ VASP+MT+ Phonon

5.GIBBS Basic Package

=MedeA+InfoMaticA+JS/TS+GIBBS

6.LAMMPS Basic Package

=MedeA+InfoMaticA+JS/TS+LAMMPS

 

 

 

九、硬體和作業系統環境

1.客户端配置要求:

支持64位的Windows系統:Win7、Win8、Win10、Windows Server

支持64位的Linux系統:Redhat Enterprise Linux、Oracle Linux、SuSE、CentOS、Fedora、Ubuntu、Debian

2.服務器端配置要求:

支持64位的Windows系統:Win7、Win8、Win10、Windows Server

支持64位的Linux系統:Redhat Enterprise Linux、Oracle Linux、SuSE、CentOS、Fedora、Ubuntu、Debian

處理器:64位 Opteron,Itanium,Core2,Core2Duo,i5,i7

CPU速度:高效浮点運算性能

內存:每個核至少4G内存

硬碟:500G以上

排程系統:支持PBS、LSF、GridEngine

GPU計算: 支持IntelMPI、OpenMP、NVIDIA GPU

 

 

線上網路資料庫
 

Medeas Polymer Builder Tutorial 01 How to build an Amorphous Organic Material

其他更多的影片資料

若需要進一步資料 廖偉志 02-29567575 ext 200



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