J-Octa的案例
J-OCTA在材料研發領域的應用
J-OCTA軟件作為分子動力學計算軟件，通過對材料從原子級別到微米級別的模擬計算實現對幾乎所有材料的分析。本文主要講述該軟件在材料研發領域的表現，著重介紹J-OCTA通過建模、求解、分析等功能在材料多尺度仿真方面的重要作用。
（圖1：離子液體的MD模擬）
（圖2：全原子及粗粒化模型示意圖）
J-OCTA作為計算軟件優于其他軟件的地方在于J-OCTA中所有輸入數據和計算結果都對用戶開放，便于定制運算。其他商業軟件（如Materials Studio,簡稱MS）的數據通常以二進制格式存取，不會公開，只可作為黑箱使用。
J-OCTA通過開源多尺度仿真平臺用UDF文本傳遞數據、利用并行求解器+功能擴展及外部擴展器解析，將所有所有功能集成到GUI界面中，為用戶使用提供了較大便利。
（圖3：軟件架構）
除此外，J-OCTA在材料研發領域還有很多區別于其他同類軟件的優勢。
1. 速度快：VSOP和LAMMPS在同類軟件中的計算速度較快，用戶可以使用VSOP和LAMMPS進行大規模的計算(原子數超過100K+)，計算效率是MS軟件的N倍（實測N＞5）。
（圖4：由1200萬個粒子組成的大規模復合材料模型）
2. 精度高：J-OCTA的內置工具可以通過量子化學的計算結果對力場參數進行優化。此外，支持EAM（金屬）、PCFF（聚合物）、混合（EAM+LJ）等多種力場。
（圖5：分子二面角勢能優化）
3. 反應快：根據量子化學計算結果，可以在MD(VSOP)中進行反應模擬。J-OCTA內置GUI可以簡單便捷地設置反應位點。更重要的是，計算效率是MS軟件的幾十倍（1天vs2個月），物超所值！
（圖6：環氧樹脂的固化反應）
4.
展開 庭田科技誠邀您參與10月J-OCTA軟件專題研討會！
導語：作為一款跨尺度分子動力學軟件，J-OCTA能夠從原子級到微米級的范圍內對橡膠、塑料、薄膜、涂料及電解質材料等的開發所需的材料特性進行預測的“材料物性分析軟件”。也可以將其作為“知識發現工具”用來理解那些在實驗中無法完全把握的復雜現象和材料物性。
計算物理學作為探索微觀和納觀世界的規律方法，使研究人員更加細微的掌握復雜材料特性和現象，而這些現象是無法通過實驗結果獲得的。
J-OCTA作為一款跨尺度分子動力學軟件能夠實現從本質上理解材料組分與性能間的關系。更能從原子級到微米級的范圍內對橡膠、塑料、薄膜、涂料及電解質材料等的開發所需的材料特性進行預測。J-OCTA通過在共享平臺上與面向各尺度開發的模擬器合作，為材料設計與新材料開發提供最尖端的技術支持。
（圖1：軟件架構）
J-OCTA作為計算軟件優于其他軟件的地方在于J-OCTA中所有輸入數據和計算結果都對用戶開放，便于定制運算。J-OCTA通過開源多尺度仿真平臺用UDF文本傳遞數據、利用并行求解器+功能擴展及外部擴展器解析，將所有所有功能集成到GUI界面中，為用戶使用提供了較大便利。
（離子液體的MD模擬）
（全原子及粗?；Ｐ褪疽鈭D）
如果您對分子動力學或J-OCTA軟件產生興趣，我們誠摯的邀請您參與我們于10月將開展的《全生命周期材料解決方案：J-Octa 與 Avizo 的多尺度分析研討會》，本次活動我們將攜手JSOL公司與賽默飛世爾科技MSD材料結構部門（原FEI公司）共同舉辦，并匯集新材料及其CAE行業的領先人物，這是一場專業的學術盛會，將為您提供前沿知識和優質的交流平臺。
展開 J-OCTA在材料研發領域的應用
J-OCTA軟件作為分子動力學計算軟件，通過對材料從原子級別到微米級別的模擬計算實現對幾乎所有材料的分析。本文主要講述該軟件在材料研發領域的表現，著重介紹J-OCTA通過建模、求解、分析等功能在材料多尺度仿真方面的重要作用。
使用J-OCTA軟件探索鋰離子電池新材料
[7] https://www.j-octa.com/cases/caseA36/
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J-OCTA溶解度系數的計算
J-OCTA的溶解度模塊可根據超額化學勢值計算溶解度系數。
目的和方法
溶解度系數是評估聚合物滲透率的一個重要因素。J-OCTA的溶解度模塊可以計算出超額化學勢 μex和分子溶解在聚合物中時的溶解度系數S。在計算超額化學勢時，該模塊中的采樣效率使用排除體積圖采樣（EVMS）法[1]。
s: 無量綱溶解度 即亨利常數
kB: 玻爾茲曼常數
T: 聚合物體系的溫度
T0: 標準條件溫度
p0: 標準條件下的壓力
在本案例中，我們計算了三種聚合物（圖1）中的氣體分子（N2, O2, CO2和CH4）和水的溶解度系數。聚合物有50個單體單元，使用GAFF作為力場。氣體分子采用Dreiding力場，水分子采用SPC-FW模型。用NPT系綜對聚合物進行了3ns的MD模擬弛豫，并計算溶解度系數。
圖1 用于計算的聚合物
模擬結果
我們計算了聚合物中氣體分子和水的溶解度系數，結果如圖2所示。在聚合物中，PS的溶解度較高。在氣體分子中，非極性N2和O2分子的溶解度較低，CO2分子溶解度較高，模擬結果與實驗結果基本吻合。
圖2 溶解度系數計算值與實驗值的比較
PE、PS、PB和水的實驗值分別取自文獻[2-5]。
參考文獻
[1] G. L. Deitrick,L.E.Scriven, and H.T.Davis, J. Chem. Phys., 90,2370 (1989)
[2] A. S. Michaels and H. J. Bixler, J. Polym. Sci., vol. 50, no. 154, pp. 393–412, 1961.
[3] W. R. Vieth, P. M.
展開 邀請函｜全生命周期材料解決方案：J-OCTA與AVIZO的多尺度分析研討會
庭田科技有限公司攜手JSOL公司與賽默飛世爾科技MSD材料結構部門（原FEI公司），誠摯邀請您參加10月份的“全生命周期材料解決方案：J-OCTA與AVIZO的多尺度分析研討會”（原定于8月份的會議由于場地問題調整至10月份）。這是一場專業的學術盛會，匯集了新材料及其CAE行業的領先人物，將為您提供前沿知識和優質的交流平臺。
我們榮幸邀請到JSOL公司的Ozawa先生和賽默飛世爾科技的何沛霖先生，他們將現場分享“J-OCTA分子動力學軟件”和“AVIZO圖像分析軟件”的全球最新應用實例。無論您的工作領域是新材料、航空航天、汽車、輪胎、電子封裝材料、生物材料還是核電、鋰離子電池等，我們相信您都將從此次研討會中獲得寶貴的洞見。
請您收到此邀請函后，盡快確認您的參會意愿并完成報名。參會確認及報名表請在7月25日前通過郵件發送至info@anscos.com。如果您有任何疑問，歡迎隨時聯系胡女士，電話：400 633 6258，或聯系我司相應的銷售經理。
我們期待著在研討會上與您的相見。我們深信，這次研討會將對您的工作和研究帶來啟發。在此，我們對您一直以來對庭田科技的關心和支持表示由衷的感謝。期待您的光臨！
展開 J-Octa 使用MD和MO/DFT計算相對介電常數
因此J-OCTA的計算是有效的。
由于苯具有極高的對稱性，幾乎沒有永久偶極子，使用MD來估測相對介電常數時因分子振動和取向引起的極化是非常小的。這表明大部分實驗結果是由電子極化得出。而丙酮則相反，僅僅估測電子極化遠遠不夠，同時估測取向極化也非常重要。
圖1 仿真模型（左：苯環 右：丙酮）
圖2 相對介電常數估測值
表1 相對介電常數估測值和偶極矩
相對介電常數 偶極矩
同時MD和QSPR（定量構效關系）也用來計算PVC聚合物的相對介電常數，其結果如表2和3所示。使用MD計算時，我們重復建10次建模過程并設置一個OPLS力場。我們把100個分子放入體系中，在300k和1百帕條件下釋放，并在2毫秒體系達到平衡時根據MD計算出相對介電常數。MD計算出平衡時密度為1.32 g/cm3，相對介電常數為2.92。
用QSPR計算相對介電常數時顯示密度為1.38g/cm3，相對介電常數為2.93，與MD結果相近。
圖3 PVC仿真模型
（白色：氫 灰色：碳 綠色：氯）
表2 MD計算的相對介電常數與QSPR計算的相對介電常數
參考文獻
[1] J.Bicerano，《聚合物性能預測》，第三版，Marcel Dekker, 2002年
[2] J. Chem.Eng. Data 2018, 63, 5, 1170
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展開 [分析示例] 使用粗粒化分子動力學進行雙折射分析
先前的J-OCTA實例已經介紹了全原子分子動力學（FAMD）[1]和多尺度方法[2]。
在使用全原子MD時，存在的問題是模擬的時間尺度較短。這會導致變形速率較快，聚合物在變形響應中的松弛無法及時完成，從而導致過度定向的狀態。另一方面，粗?；肿觿恿W（CGMD）可應用于較長的時間尺度，即變形速度比全原子MD要慢得多。
本文使用J-OCTA中內置的粗?；瘎輼嫿üδ?，建立聚碳酸酯（PC）的粗?；Ｐ?。使用粗?；疢D進行單軸拉伸計算，并將其反向映射到全原子模型（圖1）。
在松弛之后，使用J-OCTA的流程函數進行了雙折射性質評估，與[1]中類似。圖2顯示了在拉伸變形下雙折射性質的變化：與FAMD相比，CGMD可以處理較慢的變形速度；當速度降低到0.1 m/s時，模擬值與文獻[3]中的實驗值接近。
圖1. （上）使用粗?；疢D計算單軸拉伸的快照
（下） 采用反向映射功能從粗?；疢D結果獲得的全原子MD分子結構
圖2. 采用全原子MD和粗粒化MD計算雙折射性質隨單軸拉伸的變化不同變形速率的結果
參考文獻
[1] https://www.j-octa.com/cases/caseA06/
[2] (日文版) https://www.jsol-cae.com/product/material/jocta/cases/caseA37/
[3] (日文版) J.
展開 前瞻技術｜從物理性質逆推分子結構
現在，「J-OCTA軟件」1可以進行逆分析，利用京都大學長町實驗室開發的mol-infer數據接口，可以實現從物理性質逆推分子結構。這是一種非常新穎的分子結構生成方法，具有廣闊的應用前景。
第一，利用人工神經網絡(Artificial Neural Network, ANN)從分子結構預測物理性質。第二，通過混合整數線性規劃(Mixed Integer Linear Programming, MILP)求解人工神經網絡的逆運算，能夠在相反的方向上執行快速而準確的運算，這是單獨使用人工神經網絡所不可能實現的。
首先，基于1297組數據集訓練分子結構和物理性質之間的關系。圖1展示的是測試過程中使用的分配系數。
圖1. mol-infer的訓練數據集和目標性質（分配系數=10.0）
其次，使用MILP執行逆運算。設目標分配系數為10.0，生成種子分子的圖結構和對應官能團的樹結構（見圖2），用來預測分子結構。
通過「J-OCTA軟件」1預測的分子結構如圖3所示，得到了4種同分異構體。對于預測的分子結構，再次采用正向方法計算其物理性質，結果表明其分配系數為9.8，證明預測的分子結構基本滿足目標物性。
【1】J-OCTA分子動力學軟件 —— 通過對材料從原子級別到微米級別的模擬計算，從本質上理解元素組成和性能之間的關系。軟件可以滿足幾乎所有材料的分析，比如橡膠、塑料、薄膜、涂料及電解質材料等?？蓪⑵渥鳛椤?知識發現工具 ”進行靈活運用。
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展開 【分析示例】電池正極制備過程（壓延）中的壓力和孔隙率計算
VSOP-PS是J-OCTA的模擬器之一，它使用離散元法（DEM, Discrete Element Method）計算薄膜形成過程中的壓力和孔隙率，同時考慮到固體顆粒之間的接觸。在材料模型中，根據之前的研究，使用了6種活性材料和1種粘合劑表征不同直徑的顆粒。壓縮計算通過在封閉區域填充顆粒，然后降低上壁來實現。從計算區域的體積中減去顆粒的體積即可得到孔隙率。與之前的研究一樣，壓力和孔隙率之間的關系是通過壓縮到最大壓力，然后向上拉伸上壁得到的。
圖1. 使用J-OCTA的RVE模型構建的初始顆粒結構
二、結果
圖2顯示了拉伸過程中上壁所受壓力與孔隙率之間的關系。VSOP-PS 的結果（藍色圓圈）與前人的實驗和計算結果接近。
本文介紹了使用VSOP-PS對固體和粉末材料的接觸（摩擦）進行離散元法計算，如果您感興趣，請聯系我們。
圖2. 在拉伸過程中上壁壓力和孔隙率之間的關系
（轉載自：J-Octa官網）
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展開 庭田科技攜手JSOL與賽默飛世爾科技 共探新材料科技前沿
近日，庭田科技宣布將于2023年10月份攜手JSOL公司與賽默飛世爾科技MSD材料結構部門（原FEI公司），共同舉辦一場以“全生命周期材料解決方案：J-OCTA與AVIZO的多尺度分析”為主題的研討會（原定于8月份的會議由于場地問題調整至10月份）。
此次研討會是科技界一次重要的學術盛事，庭田科技邀請到JSOL公司的Ozawa先生和賽默飛世爾科技的何沛霖先生，他們將深度解析和分享J-OCTA分子動力學軟件與AVIZO圖像分析軟件的最新應用與發展趨勢。
庭田科技以其強大的技術實力和創新精神，堅定地走在科技發展的前沿。此次研討會將為參與者提供一個學習交流的平臺，分享全球最新的科技理念和創新策略，為新材料科技發展注入新的活力。
研討會的重點將集中在兩大軟件解決方案： “J-OCTA分子動力學軟件”和“AVIZO三維數據可視化軟件”。J-OCTA是由JSOL公司開發的杰出分子動力學軟件，專注于新材料微觀結構的精準模擬，為復雜材料提供深度的理論基礎。另一方面，AVIZO軟件作為賽默飛世爾科技的核心產品，是一款功能強大的三維數據可視化工具，廣泛應用于材料科學、生物醫學、地球科學及工業檢測等領域。
庭田科技此次的研討會將于10月24日在上海海鷗千禧大酒店以及10月26日在西安志誠麗柏酒店舉辦。庭田科技期待著來自全國各地的科技研究者和行業精英的參與，共同探討并影響科技行業的未來發展。
庭田科技的這場科技盛會，憑借其前瞻性的主題和豐富的內涵，無疑將在全球科技行業產生深遠影響。庭田科技一直秉承科技創新的理念，推動行業不斷前進。期待庭田科技此次全生命周期材料解決方案研討會，能為全球科技行業的未來發展提供新的視角和啟示。
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【分析實例】聚合物膜中相分離過程的模擬
在J-OCTA和OCTA案例中，耗散粒子動力學(DPD)、粗?；疢D和平均場方法應用于定向自組裝(DSA)[1]、電極漿料涂層[2]和旋轉涂層[3]。NIPS(非溶劑誘導相分離)是一種生產細多孔膜的技術。在近期發表的幾篇論文中，考慮了流體力學效應[4]、DPD[5]、SCFT[6]、聚合物組分的玻璃化轉變[7,8]、粘彈性[9]和嵌段共聚物[10]的多尺度計算，詳見文末的參考文獻。本文給出了MUFFIN模塊中平均場的2D樣例：本例基于Flory Huggins自由能模型，參數取自參考文獻[4][6]。如圖1所示，計算域的上半部分為非溶劑，下半部分為含有聚合物、溶劑和非溶劑混合物的膜。當動力學計算開始時，非溶劑滲透到膜的下半部分；而膜中的溶劑擴散到上半部分。由于聚合物可溶于溶劑，但不溶于非溶劑，因此會發生相分離。以這些計算結果為基礎，就能將參考文獻中討論的效應考慮在內。
圖1.考慮NIPS過程的聚合物膜中相分離的時間演變，綠色和藍色區域分別代表聚合物和非溶劑組分
參考文獻：
[1] https://www.j-octa.com/cases/caseA26/
[2] https://www.j-octa.com/cases/caseA36/
[3] https://octa.jp/components/muffin/
[4] Soft Matter,13, 3013, (2017)
[5] J.
展開 [分析示例] 通過機器學習估計 χ 參數
(文章來源：轉載自J-Octa官網）
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J-OCTA的溶解度計算
[圖片]
聚合物材料模擬：概述和實例
通過有限元方法評估力學性能
（左圖：相分離結構中的應變能分布，右圖：納米填料分散結構中的熱通量分布）
7、J-OCTA中包含的引擎（求解器）
對于量子化學和密度泛函理論，J-OCTA捆綁了SIESTA和ABINIT-MP，并提供了與Gaussian等的接口。對于全原子和粗?；肿觿恿W，包含COGNAC、VSOP和GENESIS，并提供了與LAMMPS、GROMACS和HOOMD-blue的接口。耗散粒子動力學（DPD）類似于分子動力學，但未包含在GENESIS和GROMACS中。對于平均場方法，包含SUSHI。對于爬行動力學，包括COGNAC和VSOP的DPD功能與滑動彈簧模型、PASTA和NAPLES。對于連續體模型，適用于MUFFIN，并提供與其他商業CAE軟件的接口。
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