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Materials Studio
材料開発統合シミュレーションソフトウェア

Materials Studio トップ

ソフトウェア概要

Materials Studioは、量子力学(密度汎関数法)、古典力学(分子動力学計算)、メソスケール(散逸粒子動力学計算など)、統計、分析/結晶化ツールを備えた、総合的なモデリング/シミュレーションのプラットフォームです。

材料科学や化学分野、例えば結晶成長や薄膜形成、燃料電池、潤滑剤に関わる研究者が材料の物性や挙動について、原子や分子の構造がどのように関係しているかを予測し、物理現象を理解する際に有効なツールです。

本ソフトウェアは業界・分野を問わず、研究、開発、設計、製造に従事される方を対象としています。
例えば医薬品、触媒、ポリマーや混合物、金属や合金、電池や燃料電池など、さまざまなタイプの材料に対応しており、実績も多数あります。

Materials Studio ではグラフィカルなユーザー環境である Materials Studio Visualizer を提供しており、これを使用して分子、結晶、表面、ポリマー、メソスケール構造のモデルの作成、操作、表示を行えます。

Materials Studio Visualizer から量子力学、原子論(古典力学)、メソスケール、統計学などを含むあらゆる方法論のモジュールにアクセスでき、材料をさまざまな空間サイズや時間スケールで評価できます。また、結晶構造や結晶成長を評価するためのツールも提供されています。


Materials Studio の中核製品 Materials Visualizerのスクリーンショット。Materials Studioは、バルクの非晶質ポリマーから有機/無機結晶にいたるまで幅広い材料を表示できます。Materials Studioのモジュールを利用することで、量子レベルからメソスケールにわたるサイズスケールに対応したツールを使用でき、多様な特性の計算が可能になります。

カーボンナノチューブ(CNT)の先端にある水の分子の配列。さらに、HOMOがCNT上に表示されています。含水率が単層CNTの伝導性にもたらす影響について実験結果を的確に理解するのに、このような量子力学的計算に役立ちます。

Materials Studioによる事例

結晶成長

古典力学モンテカルロ計算により、気相分子の物理吸着サイトを予測することができます。第一原理計算やタイトバインディング法などにより、表面化学反応のメカニズムを解析できます。 不純物の影響、温度依存性などを調べることも可能です。

結晶表面の原子の挙動

結晶表面の原子・分子の挙動計算が可能です。

結晶解析

物質の電子状態を量子論的に計算することで EELS, ELNES, XANES, XES などの内殻励起スペクトル、UV / Vis 吸収スペクトル、固体 NMR, IR / Raman など各種のスペクトルを予測できます。これにより、実験で求めたエネルギースペクトルの各ピークの帰属やスペクトル全体の解釈をサポートします。粉末や多結晶物質については特に粉末X線回折パターン解析計算により結晶構造そのものを予測することが可能です。
(事例 : X線 ・中性子 ・電子線 による表面分析)

物性値の計算

高分子内の分子やプロトンの拡散現象を取り扱うことができます。 (事例 : 固体高分子形燃料電池内のプロトン伝導)

スパッタリングシミュレーション

分子動力学法によりイオンが標的物質に入射する現象をシミュレーションできます。

潤滑剤の性能向上

潤滑剤などの分子と固体とのミクロな摩擦現象の取り扱いや、分子のせん断粘性の計算が可能です。

触媒

触媒反応過程における各反応ステップのエネルギーや反応障壁を計算することで、触媒反応過程を調べることが可能です。

開発元BIOVIA社の応用事例ページ も是非ご覧ください。

求められる物理量

物理特性

  • 凝集エネルギー密度
  • 溶解度パラメータ
  • ガス分子の拡散係数
  • ガラス転位温度 等

機械特性

  • 接着力
  • せん断粘性 等

熱特性

  • 熱伝導率
  • 熱膨張係数
  • 比熱 等

量子特性

  • 電子の全エネルギー
  • ラマン散乱スペクトル
  • バンド構造 等

結晶特性

  • 構造最適化計算
  • 基準振動モード計算
  • 格子定数
  • 結合次数解析 等

化学特性

  • 表面化学反応の遷移状態計算
  • アレニウスパラメータ
  • 表面化学反応経路 等

光学特性

  • 光の吸収係数
  • 光の屈折率
  • 光の反射率
  • 光の透過率
  • 紫外線・赤外線・可視光の吸収スペクトル
  • 誘電率 等

分析特性

  • 粉末解析パターン
  • 多結晶解析パターン
  • X線、中性子線、電子線による表面分析
  • 有機物、無機物に対応