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目的：介绍介观结构模板创建工具和介观结构建立工具的功能。所用模块：Materials Visualizer可使用介观尺度模板创建工具，为介观尺度Mesocite计算构建复杂的输入结构。它能够将介观分子填充成各种形状的三维周期结构。它允许添加平板、液滴、棒、壳和管，并用介观分子的混合物填充这些形状。在本教程中，将使用介观结构模板创建工具构建一个体系，该体系包含嵌入溶剂中的吸附剂平板上的液滴。还将构建第二个体系，使液滴穿透平板，以及包含表面填充液滴的介观结构，从而能够为体系添加顺序。构建介观分子模型
创建模板
将填充物分配给模板
建立填充介观结构
在表面上创建液滴
创建表面填充液滴
注意：为了和本教程中的参数保持一致，可以使用Settings Organizer对话框将工程中所有参数都设置为BIOVIA的默认值。有关恢复默认参数设置的步骤，可参见创建工程教程（Creating a project tutorial）。启动Materials Studio并建立一个名为bulk_mesostructures的新工程。如想获得关于创建新工程的指导，可参见Project management教程。如果Materials Studio还没有打开，双击桌面上的Materials Studio图标，或者从Windows开始菜单的程序列表中选择BIOVIA | Materials Studio，以启动程序。打开New Project对话框，输入bulk_mesostructures作为工程名，单击OK按钮。新工程将以bulk_mesostructures为工程名列于Project Explorer中。需要创建介观结构模板和介观分子来填充模板，这可以按任意顺序完成。在本教程中，将首先创建介观分子。这是一个分为两步的过程：从菜单栏中选择Build | Build Mesostructure | Bead Types，以打开Bead Types对话框。定义Oil、Solvent、SurfHead和SurfTail的珠子类型并关闭对话框。提示：可以创建具有无限字符数的珠子类型名称。但是，forcefield类型在名称中限制为5个字符。在上述示例中，SurfHead将被赋予SurfH的力场类型。如果要在Mesosite中使用DPD任务的类型工具，最好使用较短的珠子类型名称，以便forcefield类型与珠子类型相同。从菜单栏中选择Build | Build Mesostructure | Mesomolecule，以打开Mesomolecule Builder对话框。选择Solvent作为Component Name，将Number设置为1，然后单击Build按钮构建一个由1个溶剂珠子组成的介观分子。在Project Explorer中，将文档重命名为Water.xsd。构建一个由1个Oil珠子组成的介观分子，并将文档重命名为Octene.xsd。构建一个由1个SurfHead和4个SurfTail珠子组成的介观分子。重命名文档Surfactant.xsd，并关闭Build Mesomolecule对话框。提示：如果要将这些结构与Mesocite中的DPD任务一起使用，则应在构建介观结构之前指定力场类型。可以通过选择Modules| Mesocite | Forcefield Manager，打开Mesocite Forcefield Manager对话框，然后单击DPD…按钮打开Create DPD Forcefield对话框。对于每个介观分子文档，单击Type按钮为珠子创建新的力场类型。模板由一组介观尺度对象或模板组成，将为其指定不同的材料或填充物。创建模板的第一步是构建体系模板。从菜单栏中选择Build | Build Mesostructure | Mesostructure
Template，以打开Build Mesostructure Template对话框。体系模板是一个矩形框，包含所有其他模板。体系模板的范围定义了框的总体大小。将构建一个每个方向60个单位的立方体。注意：介观结构模板未定义单位，但为了在Mesocite中使用，应假设1个单位=1Å。在本教程中，体系模板是一个溶剂盒子，液滴和平板将嵌入其中。此时，可以使用Filler下拉列表向体系模板中填充溶剂。在本教程的后面部分，将使用其他方法来指定填充物。将Extent (X Y Z)三个维度的所有值设置为60。在Filler区域中键入Solvent，然后单击Build按钮。将打开一个新的介观结构文档，Mesostructure Template.msd。其中包含一个范围为60×60×60的框，即体系模板。该框为蓝色，这是分配给它的溶剂填充物的颜色。在Project Explorer中，选择Mesostructure Template.msd。将文档重命名为DropletInSurfaceTemplate.msd。下一步是将其他模板添加到体系中。模板代表介观尺度相的类型、形状和位置。模板可以有各种各样的形状。模板有几种不同的类型可供选择；液滴、棒、平板、壳和管。在本例中，将添加一个平板和一个液滴。首先将平板添加到体系中。可以指定平板的深度、方向、位置和其他特征。要添加的平板应占长方体的三分之一左右。由于长方体在每个方向上的尺寸为60个单位，因此板的深度应为20。在这种情况下，需要在垂直于y方向的x-z平面上对齐平板。Position属性设置模板的中心点的位置。可以使用笛卡尔坐标系或分数坐标系设置。因此，要沿长方体边缘添加平板，应将Y位置的Cartesian坐标设置为10.0。将Coordinates更改为Cartesian。将Position (x y z)的第二个字段更改为10.0。将Filler字段留空，然后单击Add按钮。将沿单元底部添加平板模板。平板模板为灰色，表示尚未为其指定填充物。提示：可以使用3D Movement对话框上的标准平移工具或使用鼠标按钮移动模板。最后，将向体系添加液滴模板。液滴将是半径15，并将被放置在盒子的中部，中心位于平板的上表面上。将Former type更改为Droplet。将Radius更改为15.0，并将Position (x y z)第二个字段更改为20.0。将Filler字段留空，然后单击Add按钮。添加液滴模板，其中心位于平板上表面。模板仍为灰色，表示尚未为其指定填充物。下一步是创建和分配填充物。填充物表示模板的一种或多种介观分子类型组成，以及其组成的材料。这使得使用模板具有很大的灵活性，因为一旦设置了模板，就可以将其重新用于不同分子类型的多个模拟计算。每个模板可分配一个填充物。这是在Fillers选项卡上完成的。选择Build Mesostructure Template对话框上的Fillers选项卡。此选项卡显示文档中定义的填充物列表。此时，列表应该已经有一个条目Solvent，即在启动模板时分配给体系模板的填充物。将在列表中加入液滴和平板模板的材料。将创建一个名为Filler 1的新填充。将更改此名称。定义了填充物后，可以将其与模板关联。最简单的方法是在DropletInSurfaceTemplate.msd文档中选择模板。选定的模板数量显示在Assign按钮旁边。在DropletInSurfaceTemplate.msd中选择Droplet模板。在Fillers选项卡上，单击Assign按钮。液滴模板的颜色应改为绿色，即Soap填充物的颜色。提示：也可以在将模板添加到模板时创建和指定填充物。在使用Add按钮添加模板之前，应使用Add Formers选项卡上的Fillers下拉列表选择或定义材料。将添加到这个简单体系中的最后一个填充物是平板的油填充物。Add新的Filler，并将其重命名为Oil。在DropletInSurfaceTemplate.msd中，选择Slab Former。在Fillers选项卡上，单击Assign按钮。提示：通过选择多个模板，可以为多个模板指定填充物。现在所有的模板都被分配了一个填充物，可以将介观分子与填充物相匹配。在继续之前，应该查看Formers选项卡。Formers选项卡显示模板中的模板。模板名称包含分配给它的填充物。在这种情况下，应该有一个溶剂体系，一个油平板和一滴肥皂System of Solvent、Slab
of Oil和Droplet of Soap。可以使用复选框更改模板的可见性。如果模板中有多个模板，Formers选项卡还提供了选择模板的方法。Former选项卡按模板添加到体系的顺序列出模板。此顺序在将填充物分配给模板时很重要。模板创建工具将一个接一个地填充模板，从文件树中最底层的模板开始，一路向上填充。因此，当两个模板重叠时，重叠区域将属于列表中最下方的一个模板。应该注意，模板可以在列表中上下移动。本教程稍后将使用移动控件。关闭Build Mesostructure Template对话框。一旦建立了介观尺度模板，就可以把填充物映射到在第一部分建立的介观分子上。在Mesostructure工具栏上，单击Mesostructure按钮或从菜单栏中选择Build | Build Mesostructure | Mesostructure。这将打开Build Mesostructure对话框，其中包含当前文档中存在的填充材料列表。在第一列中，应该看到已经定义的填充物：溶剂、油和肥皂Solvent、Oil和Soap。在第二列中，可以指定一个或多个与每个填料相关联的介观分子。如果指定每个填料有多个分子，则可以在第三列中设置组成。对于这个简单的例子，要在每个填料中加入一个介观分子。单击Mesoscale Molecule分子列中的Solvent填料。将打开一个下拉列表，其中包含之前构建的介观分子：表面活性剂、辛烯和水Surfactant、Octene和Water。单击Solvent的Mesoscale Molecule列，选择Water.xsd。对Soap填充物重复此操作并选择Surfactant.xsd。对Oil填充物重复上述步骤，然后选择Octene.xsd。单击Build按钮并关闭对话框。创建了新文档DropletInSurfaceTemplate Packed.xsd。它包含水、辛烯和表面活性剂分子，这些分子以相关填料的形式存在。应该看到液滴正好穿过吸附剂层。保存此工程并关闭所有文档，然后继续。从菜单栏中选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。在上述部分中创建的液滴已渗透到表面中。也可以使用Formers选项卡创建位于平板表面的液滴。重新打开DropletInSurfaceTemplate.msd并打开Build Mesostructure Template对话框。模拟晶胞中的任何点只能由一个模板占据。如果两个模板重叠，则目录树列表中较底部的模板将占据该重叠空间。正如在Formers选项卡上所看到的，液滴Droplet在列表中的位置低于平板Slab。因此，液滴具有相交空间，并渗透到平板中。通过更改层次，可以明显更改介观结构。在Formers选项卡上，选择Slab of Oil。单击Move to bottom of tree按钮并关闭对话框。平板模板移动到目录树的底部。现在，可以构建另一个填充的介观模板文档，但在进行此操作之前，应该将其另存为一个模板。从菜单栏中选择File | Save As...。将文件名更改为DropletOnSurfaceTemplate.msd。然后单击Save按钮。打开Build Mesostructure对话框。创建了名为DropletOnSurfaceTemplate Packed.xsd的新文件。水滴现在应该是半球体，而不是之前显示的完整球体。从菜单栏中选择File | Save Project，然后从菜单栏中选择Window | Close All。在前面的例子中，所有的模板都随机地填充了分子。要构建包含胶束、双层或涂层的初始结构，需要更多的控制填充。此控件由模板创建工具的表面填充功能提供。在本教程的最后一部分中，将使用它构建具有胶束子结构的液滴。将使用启用表面填充的液滴模板替换液滴模板。首先删除模板文档DropletOnSurfaceTemplate.msd中的液滴模板。重新打开DropletOnSurfaceTemplate.msd。选择液滴模板并按DELETE键。现在，将新的液滴模板添加到已启用表面填充的模板中。打开Build Mesostructure Template对话框。将Former Type更改为Droplet。保持Radius和Position (x y z)设置不变。勾选Enable surface packing复选框。从Filler下拉列表中选择Soap，然后单击Add按钮。这将创建前一示例中的液滴模板。然而，这一次，模板用于表面填充，由液滴表面上的点指示。提示：也可以通过在Properties Explorer中编辑选定模板的SurfacePackingEnabled属性，直接更改模板的表面填充状态。如前所述，由于液滴模板是最后添加的，它将首先填充，从而形成穿透性液滴。要在表面上创建液滴，请首先将液滴模板移动到模板列表的顶部。在Formers选项卡上，选择Droplet of Soap并单击Move to top of tree按钮。关闭对话框。从菜单栏中选择File | Save As...。将文件名更改为DropletOnSurfaceSPTemplate.msd。然后单击Save按钮。通过启用表面进行表面填充，可以将介观分子粘附并对齐到它。首先，必须指定介观分子中的哪一个珠子将被填充在表面（“头部”）。还可以指定分子中的哪个珠子用于使分子垂直于表面（“尾部”）。此设置是通过使用创建的原始介观分子文档中的珠子集合实现的。可以使用Build Mesostructure对话框自动创建这些集合。打开Build Mesostructure对话框，在Options选项卡上单击More...按钮这将打开Bead Packing Options对话框，通过该对话框，可以为特殊填充选项创建、选择和删除珠子标记。打开Surfactant.xsd并选择SurfHead珠子。在Bead Packing Options对话框中，单击Create按钮。创建一个集合，标记为BeadTag_Head，将该珠子标识为用于填充的头部珠子。应该对尾部也这样做。选择末端SurfTail珠子。在Bead Packing Options对话框中，将Bead tag更改为Tail，然后单击Create按钮并关闭对话框。现在，已经标记了适当的珠子，因此头部应位于胶束表面，尾部珠子应填充在内部。将DropletOnSurfaceSPTemplate.msd打开为当前文档。在Build Mesostructure对话框中，单击Build按钮。返回一份新的珠状结构文件，其中表面活性剂分子的头部填充在液滴表面。提示：默认情况下，链方向是随机的，导致一些链位于胶束表面。可以使用Options选项卡上的Randomize conformations复选框来控制此操作。分子的定向使端到端矢量垂直于液滴表面，指向形体内部。