BIOVIA MATERIALS STUDIO拥有完善的建模和模拟工具，能够帮助材料科学与化学领域的研究者对材料中原子、分子结构与性质、性能间的关系进行预测。利用Materials Studio，各工业领域的研究者能够对诸多类型的材料，如制药、催化剂、高分子及复合材料、金属及合金、电池及燃料电池、纳米材料等进行设计，以获取更佳的性能。

Materials Studio是的模拟软件，简单易用的界面能够对材料的性质和性能进行模拟与评估。通过使用Materials Studio，材料开发者将能够：

• 通过对待检测材料进行“虚拟筛选”，降低物理测试与实验的投资与时间。
• 提高创新效率——比物理测试与实验更快的开发出更新、性能更加优异、更持久耐用、成本更低的材料。
• 增强对原子、分子结构与材料性质、性能间构效关系的理解。
• 借助计算机材料科学强大的信息处理能力，能够成为实验的有益补充。
• 利用BIOVIA Pipeline Pilot的Materials StudioCollection与MaterialsScript API实现自动化与应用共享。

可视化

Materials Visualizer方便易用，拥有完善的用户图形界面，便于化学、高分子及其他材料领域的研究者更便捷的进行材料的建模和模拟。利用Materials Visualizer能够对分子、晶体、表面、高分子及介观结构的模型进行构建、复制和查看。同时，Materials Visualizer还支持对所有结果进行各种分析，可以给出图形、数据的图表，可以对特定的结果进行动画演示或给出矢量图、文本数据。此外，支持不同功能模块间结构数据的共享，MaterialsScript API能共享Materials Visualizer中的诸多工具，以便专业用户创建个性化的功能和对重复性工作进行自动化管理。使用Materials Visualizer标准的Windows窗口用户能够在Windows和Linux服务器下运行并获取迅速的响应。

解决方案

Materials Studio能够进行量子、原子、介观、统计、分析和晶体尺度的模拟。通过多尺度模拟，研究者能够在不同大小、时间尺度下更精确的评估材料的性质，尽可能快的评估材料的性能。

量子力学工具

Materials Studio CANTERA是一种化学反应速率方程求解器。通过Materials Studio CANTERA能够对热力学输入进行设置、并执行相关计算。利用Cantera Reaction Editor能够将新物种和反应引入复杂反应同时保持热力学数据一致。

Materials Studio CASTEP是一种基于平面波-赝势密度泛函方法的量子力学计算程序，可以模拟固体、界面和表面的性质，适用于多种材料体系，包括陶瓷、半导体和金属等。

Materials Studio DMol3基于原子轨道线性组合方法，可被用于模拟有机和无机分子、分子晶体、共价固体、金属固体及周期性表面的电子结构与性质。

Materials Studio DFTB+是一款基于紧束缚密度泛函方法的半经验量子力学程序，能够对材料的电子性质进行模拟研究。模块融合了密度泛函方法的准确性和紧束缚方法的高效性，保证了大尺度体系量子力学模拟的精度。

CASTEPMaterials Studio NMR CASTEP通过第一性原理DFT理论预测NMR化学位移和电场梯度张量。方法适于计算包括陶瓷和半导体在内的众多类型材料的分子、固体的NMR位移。

Materials Studio ONETEP是一款线性标度密度泛函应用程序，可精确的对数千个原子体系进行第一性原理计算。

Materials Studio QMERA引入量子力学与分子力学的杂化方法，结合了量子力学高精确与力场计算高效性的优点。该方法能够在对大体系进行高精度计算的同时降低计算成本。

Materials Studio VAMP是一款基于原子轨道线性组合方法的半经验量子力学程序。主要是对有机和无机分子体系进行模拟计算，它可以快速计算分子的多种物理和化学性质。是介于力场与第一性原理方法之间的理想方法。

经典模拟方法

Materials Studio基于原子与分子间的经典相互作用提供了多样的模拟方法，如分子动力学、晶格动力学及多种基于蒙特卡洛和力场的模拟方法。

Materials Studio Adsorption Locator基于蒙特卡洛退火方法，可以在周期性或非周期性体系的基底上搜索到能量较低的吸附位点。

Materials Studio Amorphous Cell模块中的计算工具允许对复杂的无定形系统建立有代表性的模型，并对主要性质进行预测。

Materials Studio Blends可对溶剂-溶剂、高分子-高分子二元混合物的相图与相互作用参数进行估算，还可计算高分子添加剂的共混、相平衡与分离。

Materials Studio Conformers的构象搜索算法与分析工具能够对分子的构象与柔顺性进行分析。

Materials Studio COMPASS是一个功能强大的第一性高精度力场，可在一个很大的温度、压力范围内，精确地预测多种单分子及其凝聚态的结构、构象、振动及 热物理性质。

Materials Studio Forcite Plus是一款分子力学和分子动力学模拟程序，可以对分子和周期性体系进行机械性能、扩散、局部结构、密度变化、内聚能密度、偶极自相关函数等广泛分析。支持的力场包括Materials Studio COMPASS、CVFF、PCFF、Dreiding，EAM和Universal等。

Materials Studio GULP能够对材料的结构、性质和动力学进行计算。引入了多种力场即可以处理金属、氧化物、矿物半导体，同时分子力学力场还可以对共价体系进行处理。不仅如此，GULP 提供了拟合和编辑力场的工具，可结合量子力学的计算结果或者实验数据，拟合针对性更强的力场。

Materials Studio Sorption能够对吸附与分离现象提供基本的性质预测，可直接给出吸附等温线(载荷曲线)、亨利常数等性质。

介观模拟工具

MaterialsStudio中的介观模拟方法基于粗粒化处理，将原子基团等效为珠子。利用该方法可以在远超经典模拟方法的时间和空间尺度上对性质进行模拟。

MesoDynMesoDyn基于经典密度泛函理论，能够对复杂流体系统，尤其是相分离和复杂高分子体系结构进行长程、大时间尺度的模拟。

Materials Studio Mesocite是一个基于粗粒度模拟方法的、可以对广泛体系进行模拟研究的分子力学工具集。模拟的对象大小尺寸在纳米到微米尺度范围相应地模拟变化的时间范围落在纳秒至微秒区间。可以提供流体在平衡态下、在有剪切力存在下以及其它受限制条件下的结构与动力学性质。

统计力学工具

统计力学方法通过构建分子水平特征与实验观测值之间的统计回归模型，对化合物进行筛选。

Materials Studio QSAR整合在Materials Studio 中的QSAR（定量构效关系）模块提供范围广泛的描述符和先进的分析能力能够协助用户建立高质量的定量构效关系。QSAR的描述符包含的范围很广，包括拓扑结构和电性拓扑态描述符。此外，分子局部电荷表面参数能够对溶剂表面的电荷分布进行检测；VAMP描述符能够将3D描述符的范围进一步扩大至电子相互作用；GFA还能使用灵活的遗传算法对定量构效关系进行计算。

Materials Studio QSAR Plus增加了DMol3描述符可对反应活性因子和能量进行精确的计算。此外，神经网络还能够构建非线性模型，能够对其他建模方法难以适用的噪点数据进行建模。适用于缺失的数据，还可被用于构建预测多种物理性质的加权模型。

Materials Studio Synthia可快速预测均聚、共聚物的诸多定量结构性质。研究者从而能够对备选高分子材料的各种性质进行快速筛选。

谱图分析和结晶学工具

谱图分析和结晶学工具可对晶体结构和晶体生长过程进行研究、预测与调节。

Materials Studio Morphology能够从晶体的原子结构预测晶体形貌。Morphology可以预测晶体形状、分析晶体表面稳定性、开发特制的添加剂，并对溶剂和杂质效应进行控制。

Materials Studio Polymorph Predictor是一个针对主要由C、N、O和H组成的刚性、非离子或离子分子算法集。通过对空间群中生成给定分子的各种可能堆积、排列形式搜索能量最低的晶体结构。

Materials Studio Motif通过分析分子晶体的相关信息，能够对氢键拓扑结构进行定量、定性分析。通过结合使用Polymorph的预测功能，Motif还能对构建的结构进行分类和统计归纳。此外还可以通过提供的剑桥晶体结构数据库（Cambridge Structural Database）接口使用剑桥晶体数据中心开发的Mercury软件功能。

Materials Studio Reflex能够基于晶体材料模型模拟对应的X-Ray、中子及电子等多种粉末衍射图谱。Reflex Plus提供了一套可以从中等或高质量的粉末衍射谱图确定晶体结构的完整工具。

Materials Studio Reflex QPA是对Reflex模块量子态分析功能的扩展，可以通过对多相样品的粉末衍射图判定不同组成成分的相对比例。

Materials Studio X-Cell能够为中、高质量的粉末衍射数据提供高效的指标化算法。它使用消光决定（extinction-specific）的二分法对参数空间进行详尽无遗的搜索，最终给出可能的晶胞参数的完整清单。