CrystalMaker使用說明

1、第一章 界面介紹第二章本章詳細(xì)介紹了Crystalmaker的操作界面，便于用戶選擇操作命令和保存文件。本章所有的圖片都是在Mac OS X 10.5 “Peopard”上獲得的。菜單介紹Crystalmaker (Mac version) 記錄、應(yīng)用文件，隱藏或退出程序File 打開、創(chuàng)建、保存和關(guān)閉文件。輸出相關(guān)的文本和圖片Edit 編輯文本、結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵；拷貝圖片到剪切板，或者取消上步操作Selection 選擇原子相關(guān)的操作，例如標(biāo)注、顯示、隱藏原子Model 選擇結(jié)構(gòu)模型顯示的形式Rendering 對模型的顯示進(jìn)行不同的設(shè)置Transform 旋轉(zhuǎn)、測量圖片命令。可以測量化學(xué)鍵角度

2、，或者產(chǎn)生粉末/單晶衍射花樣Window 對Crystalmaker操作界面進(jìn)行設(shè)置Help 提供在線幫助和用戶手冊圖片界面結(jié)構(gòu)在圖片界面中顯示。選擇Window Show Ruler可以添加標(biāo)尺。圖片面板結(jié)構(gòu)主要在圖片面板中顯示，在這里可以對結(jié)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和測量操作，或者使用快捷鍵對其進(jìn)行操作。工具欄工具欄是對工具板的很好補(bǔ)充。對于常用的命令還設(shè)置了快捷鍵。打開或關(guān)閉工具欄：選擇Winsow Show/Hide ToolbarSidebar包括Site Browser和Notes pane打開/隱藏Sidebar的兩種方法：(1) 點(diǎn)擊Toolbar上的Sidebar;(2) 選擇Window

3、 Show/Hide Sidebar隱藏Notes pane的三種方法：(1) 點(diǎn)擊Toolbar上的Notes pane來顯示/隱藏Notes pane；(2) 雙擊Sidebrowser和Notes pane之間的分隔欄；(3) 把Sidebrowser和Notes pane之間的分隔欄拖動到最下面隱藏Site Browser的方法：(1) 把Sidebrowser和Notes pane之間的分隔欄拖動到最上面；Site BrowserSite Browser提供關(guān)于結(jié)構(gòu)中原子的信息?？梢园凑赵?、位置標(biāo)注對列表進(jìn)行重新排列、同時在Site Browser中，可以對原子的顏色、可見度、標(biāo)注

4、以及半徑進(jìn)行編輯，并對單個位置或者同元素的原子簇進(jìn)行編輯。Notes pane在Notes pane中，可以保存關(guān)于結(jié)構(gòu)的文本信息Overview WindowOverview Window提供關(guān)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的動畫和視頻制作、文件瀏覽以及結(jié)構(gòu)輸出的具體細(xì)節(jié)等信息，由Views, History, file和Log四部分構(gòu)成。View PaneView pane有以下用處：(1) 記錄從特定視角觀察晶體的圖片；(2) 在統(tǒng)一界面中同時操作幾個晶體；(3) 制作動畫和視頻創(chuàng)建操作結(jié)構(gòu)的視圖，方法有二：(1) 點(diǎn)擊window toolbar中的Snapshot；(2) 選擇File Take Sna

5、pshot一張結(jié)構(gòu)圖片就會出現(xiàn)在View pane中。從已有文件中創(chuàng)建視圖：(1) 把一個或多個文件拖動到Views pane中。每個文件就會加載到Graphics window中，縮略圖會再在到Views pane中；(2) 當(dāng)Views pane可視時，點(diǎn)擊Add按鈕，然后選擇想要加載的文件。加載一個視圖：點(diǎn)擊views pane中的視圖，使用鍵盤上的箭頭進(jìn)行選擇。重新排列視圖：點(diǎn)擊并拖動視圖，對其進(jìn)行重排重命名視圖：點(diǎn)擊視圖文件，輸入新的文件名，按Return或enter鍵完成設(shè)置更新視圖：用戶可以重新生成一個視圖，以匹配與現(xiàn)在顯示的結(jié)構(gòu)：右鍵單擊要選擇的視圖，選擇Replace wit

6、h current view同步視圖Crystalmaker強(qiáng)大之處在于它能快讀的同步多個窗口。這樣，如果一個視圖和另一個相關(guān)，用戶可以對它們的顯示進(jìn)行設(shè)置，諸如原子顏色、渲染樣式、位向、尺寸等。使用同步命令：(1) 確保主視圖在Graphics window的最前面，這個結(jié)構(gòu)的設(shè)置將應(yīng)用到所有的其他結(jié)構(gòu)中；(2) 選擇Transform Synchronize命令；(3) 出現(xiàn)一個對話框，顯示需要同步哪些視圖；(4) 點(diǎn)擊OK開始同步。動畫視圖Overview Actions菜單上的Play命令，可以反復(fù)播放視圖，同時還可以全屏播放或者結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)。用戶可以控制播放的速度。按 escape退出動

7、畫播放。從視圖中生成視頻使用Overview Actions菜單上的Play命令，可以生成一個Quicktime視頻。這在展示結(jié)構(gòu)行為和相轉(zhuǎn)變時比較有用。Files Pane用戶可以在這個面板上管理最近的文件，并在快速的在不同的結(jié)構(gòu)間進(jìn)行切換。新近打開的文件會顯示在Files Pane的左上角。用戶也可以把未打開的結(jié)構(gòu)加到Files Pane中，并會顯示為縮略圖。添加文件到Files Pane：(1) 把一個或多個文件拖動到Files Pane中；(2) 或者點(diǎn)擊Overview上的Add按鈕，然后選擇想要加載的文件。把文件從Files Pane移除：(1) 右鍵點(diǎn)擊文件縮略圖，選擇Remov

8、e命令；(2) 點(diǎn)擊windows Actions按鈕，選擇Clear Files List，移除所有文件。重新排列縮略圖：點(diǎn)擊拖動縮略圖，對其進(jìn)行重新排列。使用Files Pane打開一個文件：(1) 點(diǎn)擊文件的縮略圖，在現(xiàn)在窗口中打開文件；(2) 右鍵點(diǎn)擊縮略圖，選擇Open in New Window，在新窗口中打開文件。顯示Slideshows和Animations使用Views pane，我們可以使用Files pane中的文件來展示Animated slideshows。選用Overview Actions 菜單。History PaneCrystalmaker會跟蹤文件修改，并把

9、它們顯示在History Pane中。History Pane左上側(cè)的縮略圖為用戶最近打開的文件；接下來的縮略圖代表按時間順序編輯過的文件。點(diǎn)擊縮略圖，轉(zhuǎn)到那個階段的文件。Log PaneOverview window上的Log Pane顯示了狀態(tài)信息和屏幕工具的操作結(jié)果和化學(xué)鍵搜索結(jié)果。用戶可以把Log Pane中的信息拷貝到其他程序中。在Overview Actions 菜單中，選擇Text Options可以對文本進(jìn)行編輯。工具面板(Tools Palette)工具面板中的屏幕工具，可以操作、測量和編輯結(jié)構(gòu)。測量工具加上旋轉(zhuǎn)工具，可以對晶體進(jìn)行精確位向操作。用戶可以在鍵盤上輸入相應(yīng)的字母

10、來選擇工具。在工具面板的最上面，會顯示晶體結(jié)構(gòu)或單分子的彩色圖片：這是顯示是否在分子模式的快捷方法。分子模式用來描述原子團(tuán)以及其它沒有長程對稱的結(jié)構(gòu)。使用工具面板選擇Window Palettes顯示工具面板。所有窗口的大小和位置都在在上次退出程序時自動保存。設(shè)定工作臺選擇Window Workspace，在其子菜單中顯示工作臺。全屏模式Crystalmaker支持全屏模式，便于用戶專注于結(jié)構(gòu)。全屏模式下，Graphics window會自動調(diào)整以適應(yīng)全屏的尺寸。通過把鼠標(biāo)移至屏幕的上部，用戶仍然可以使用菜單命令。進(jìn)入全屏模式：點(diǎn)擊window toolbar或者Tools palette上的

11、Full Screen按鈕，或者快捷鍵F。退出全屏模式：(1) 按Escape鍵；(2) 或者點(diǎn)擊Tools pallete中的Standard Screen，快捷鍵F。在線幫助系統(tǒng)Crystalmaker的在線幫助可以通過以下途徑獲得：(1) 選擇Help菜單；(2) 點(diǎn)擊一些出口中左下角的Help；(3) 點(diǎn)擊F1。第二章 軟件預(yù)覽本章分為三個連續(xù)的部分，分別介紹Crystalmaler的不同功能。第一部分我們將建立一個新的晶體結(jié)構(gòu)，包括對稱性和化學(xué)鍵。第二部分我們研究不同的顯示選項(xiàng)，包括圖形樣式和不同的模型類型。最后一部分我們將使用程序中的不同工具來測量結(jié)構(gòu)、顯示配位團(tuán)，以及以文本文件和

12、網(wǎng)頁的方式輸出數(shù)據(jù)。第一節(jié) 建立無機(jī)物晶體結(jié)構(gòu)本節(jié)我們介紹如何創(chuàng)建、顯示和保存一個新的晶體結(jié)構(gòu)。我們將以和其他無機(jī)物結(jié)構(gòu)類似MgAl2O4為例。結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)在Crystalmaker中，可以使用數(shù)據(jù)編輯器來編輯晶體常數(shù)、對稱性以及位置坐標(biāo)。同時還可以編輯顏色、原子半徑，定義化學(xué)鍵等。使用以下結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)：輸入結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)(1) 選擇File New Crystal命令；(2) 出現(xiàn)以下Edit Crystal對話框：(3) 在Spacegroup欄中輸入以下字符：F d 3 m origin 2(字符間留空格)。如果輸入格式錯誤，Crystalmaker會提醒用戶。如果空間群符號輸入正確，只有一個晶格常數(shù)

13、會保留。Crystalmaker識別出輸入的空間群符號對應(yīng)一個立方晶體，并且只需要a單胞參數(shù)。(4) 按Tab鍵移至a欄，輸入8.08，對話框如下：(5) 現(xiàn)在我們需要考慮晶體的非對稱基元中的三個位置，對于每個位置，Crystalmaker需要以下信息：位置標(biāo)注(最多六位字符，字符間不能有空格)；一個或多個化學(xué)符號以及它們的占位率值(Crystalmaker使用元素符號來決定其原子半徑和原子顏色；元素符號可以是一個或兩個字母)；每個位置的xyz位置坐標(biāo)?？梢砸苑?jǐn)?shù)(1/2)或小數(shù)(0.5)形式輸入。(6) 點(diǎn)擊Add按鈕，或者按回車鍵開始編輯一個新的位置；(7) 窗口中會出現(xiàn)包括默認(rèn)的標(biāo)注、位

14、置坐標(biāo)和占位率的條目。我們對這些設(shè)置進(jìn)行編輯；(8) 加亮位置位置標(biāo)注。輸入一個新的標(biāo)注(最多六位字符，不能包括空格)我們選擇Al(1)。按Tal鍵移至下一個編輯欄；(9) 假定這個晶體有序，我們只需要輸入單一的占位率值。此例中我們輸入“Al 1.0”；(10) 在x, y, z欄中輸入0.5，編輯窗口如下：(11) 按Return鍵完成編輯該位置；(12) 現(xiàn)在，按照結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表給出的信息，分別輸入Mg和O位置的數(shù)據(jù)。使用Add按鈕添加新位置，或使用Remove刪除一個位置；(13) 當(dāng)完成晶體數(shù)據(jù)輸入后，對話框如下：顯示晶體現(xiàn)在，所有的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)都以輸入，接下來我們要顯示一個單胞內(nèi)的所有原子：

15、(1) 點(diǎn)擊以上Edit Crystal窗口的OK按鈕；(2) Edit Crystal窗口消失，狀態(tài)窗口出現(xiàn)。在狀態(tài)窗口中，使用輸入數(shù)據(jù)建立的晶體就會出現(xiàn)。這時，一個立方形外形，包括一組原子的結(jié)構(gòu)就會出現(xiàn)。改變原子的顏色和半徑如果用戶輸入的元素符號被Crystalmaker識別，就會自動賦予它一個顏色和半徑。如果用戶想要在晶體中包括其他元素類型，并且改變Crystalmaker的默認(rèn)設(shè)置，使用Site Browser可以對原子的顏色和半徑進(jìn)行定義，如下：(1) 選擇Window Show Sidebar命令，出現(xiàn)Site Browser窗口。如果還是不能顯示，選擇Window Sidebar

16、 Site Browser命令；(2) 我們開始編輯原子顏色。Colour欄多個可以改變單個位置顏色的按鈕；(3) 點(diǎn)擊一個顏色按鈕，選擇一個新的顏色；(4) 我們開始編輯原子半徑。需要注意的是原子半徑的單位為埃；(5) 點(diǎn)擊Mg的半徑值；(6) 輸入一個新的值，例如1.0，然后按Return。結(jié)構(gòu)中Mg原子就會重設(shè)。定義化學(xué)鍵Crystalmaker可以自動搜索和生成化學(xué)鍵、多面體。一種方法是在Edit Bonding中，通過輸入元素符號和最大鍵長來定義化學(xué)鍵。(1) 選擇Edit Bonding命令，出現(xiàn)Edit Bonding對話框：(2) 點(diǎn)擊Add按鈕，創(chuàng)建新的默認(rèn)值的化學(xué)鍵?，F(xiàn)在，

17、我們來編輯這些數(shù)值。(3) 我們選擇Al-O鍵，在From菜單中選擇Al，在To菜單中選擇O。 我們可以輸入Al-O鍵的最小和最大健長，但是我們會要求程序在已知原子數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，選擇合理的數(shù)值。注意，最大鍵長應(yīng)該顯示在Bmax欄。Crystalmaker會按照1.15(rA+rB)計算最大鍵長，rA和rB分別是From和To原子的半徑。(4) 點(diǎn)擊Info，檢查化學(xué)鍵范圍是否足夠大。(5) 重復(fù)2-4，設(shè)置Mg-O化學(xué)鍵。當(dāng)完成設(shè)置后，出現(xiàn)以下對話框：(6) 點(diǎn)擊OK按鈕，重設(shè)有了化學(xué)鍵的結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)以下圖形：添加注釋用戶可以使用Notes面板存儲有關(guān)結(jié)構(gòu)的信息。在Notes面板中，可以改變文本

18、的顏色，字體以及其他格式。(1) 如果Notes面板不可見，使用Window Sidebar Notes命令來顯示它(或者點(diǎn)擊Window Toolbar上的Notes按鈕)；(2) 點(diǎn)擊注釋面板，出現(xiàn)光標(biāo)；(3) 輸入文本；(4) 使用Edit Selection All命令選擇所有文本；(5) 改變字體；(6) 選擇部分文本，改變它們的大小，樣式和顏色；尋求幫助Crystalmaker包含一個易理解的在線幫助系統(tǒng)。通過以下途徑得到：(1) 使用Help菜單中的Crystalmaker Help命令；(2) 在一些菜單中，點(diǎn)擊?按鈕；(3) 按F1保存晶體文件(1) 在File菜單中，選擇S

19、ave命令；(2) 選擇合適的存儲路徑，輸入文件名“Spinel Tutorial Crystal”。選擇File Exit命令退出程序。第二節(jié) 顯示晶體在第一節(jié)中，通過輸入晶格常數(shù)，空間群對稱性，原子位置坐標(biāo)，我們建立尖晶石晶體，并對原子的顏色和化學(xué)鍵進(jìn)行了設(shè)定。最后，我們把這個晶體存儲為Crystalmaker的二元文件。這個尖晶石晶體文件將在本節(jié)中要來研究不同的晶體模型以及如何對它們進(jìn)行晶體操作。打開Crystalmaker文件選擇File Open命令，在電腦硬盤上定位“Spinel Tutorial Crystal”文件，雙擊打開這個文件。重設(shè)圖形大小通常過四種方法：(1) 點(diǎn)擊最大

20、化按鈕(Windows);(2) 點(diǎn)擊并拖動窗口；(3) 使用工具面板中的在標(biāo)準(zhǔn)尺寸和全屏尺寸間轉(zhuǎn)換。全屏尺寸提供最大的圖片區(qū)域，在這晶體和動畫展示中比較有用。在這種模式中，不必要的面板均被隱藏。(4) 選擇Window Set Plot Size命令，輸入一個圖形面板的大小值。重設(shè)圖形窗口后，結(jié)構(gòu)會重新畫出。改變結(jié)構(gòu)中原子參與數(shù)觀察第一節(jié)中的Ball-and-stick模型可以看出，金屬原子沒有完全鍵合；應(yīng)該鍵合的氧原子坐落在了單胞外。我們可以通過重設(shè)一個更大的原子參與范圍，來畫出這些原來沒有畫出的氧原子。(1) 選擇Transform Set Range命令，出現(xiàn)Plot Range窗口：

21、(2) 第一個文本框?yàn)閤min，輸入原子的最小位置坐標(biāo)，本例中輸入-0.1；(3) 按Tab鍵移至xmax，輸入原子的最大坐標(biāo)位置。本例中輸入1.1；(4) 在y, z坐標(biāo)軸中，應(yīng)用原子位置坐標(biāo)范圍從-0.1到1.1；(5) 點(diǎn)擊Apply按鈕重畫模型。改變背景顏色圖形窗口中默認(rèn)的背景顏色為黑色，這可以改變?yōu)槠渌伾?、漸變色或者背景圖片。(1) 選擇Model Model Options命令，顯示Model Options窗口；(2) 點(diǎn)擊Background顯示其面板：(3) 選擇Plain background按鈕，然后點(diǎn)Colour按鈕，出現(xiàn)顏色選擇框；(4) 選擇一個新的顏色，在Pre

22、view長方形中顯示預(yù)覽；(5) 點(diǎn)擊Apply完成設(shè)置；(6) 關(guān)閉Model Options窗口。旋轉(zhuǎn)晶體Crystalmaker允許使用鼠標(biāo)進(jìn)行晶體旋轉(zhuǎn)：(1) 點(diǎn)擊晶體結(jié)構(gòu)；(2) 點(diǎn)擊工具面板中的旋轉(zhuǎn)工具；(3) 把鼠標(biāo)移至結(jié)構(gòu)上，光標(biāo)變?yōu)橐粋€開放的手，表明是可以旋轉(zhuǎn)的；(4) 點(diǎn)擊并按下鼠標(biāo)，光標(biāo)變?yōu)橐粋€握緊的手；(5) 始終按下鼠標(biāo)，在屏幕內(nèi)緩慢的移動，晶體隨之旋轉(zhuǎn)；為了控制旋轉(zhuǎn)，我們需要了解鼠標(biāo)是如何相對于屏幕旋轉(zhuǎn)軸移動的。Crystalmaker使用了一組正交軸，標(biāo)記為XYZ。這與晶體學(xué)的坐標(biāo)不同。Crystalmaker的屏幕坐標(biāo)軸相對于屏幕保持不變：X軸從左到右；Y軸從下

23、到上；Z軸從屏幕里到外：繞X軸旋轉(zhuǎn)：上下垂直移動鼠標(biāo)繞Y軸旋轉(zhuǎn)：左右水平移動鼠標(biāo)繞Z軸旋轉(zhuǎn)：按住shift鍵，瞬時針或逆時針拖動鼠標(biāo)指定旋轉(zhuǎn)角度：鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)雖然有用，但不精確。我們需要使用工具面板上的旋轉(zhuǎn)工具，對晶體沿Z軸精確旋轉(zhuǎn)30度：(1) 在旋轉(zhuǎn)面板上會顯示一個默認(rèn)旋轉(zhuǎn)角度，這個角度可以在下拉菜單中進(jìn)行選擇；(2) 點(diǎn)擊角度，選擇30；(3) 點(diǎn)擊+Z(或者按數(shù)字鍵盤上的1或9)。晶體繞Z軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。定義觀察方向另一種改變晶體位向的方法是定義一個晶體學(xué)觀察方向，即在晶體內(nèi)定義一個方向，讓其平行于Z軸。可以通過以下兩種方法定義觀察方向：(1) 晶向坐標(biāo)UVW；(2) 晶面坐標(biāo)(hkl)，(h

24、kl)為晶面的米勒指數(shù)。讓我們從111晶向觀察尖晶石晶體：(1) 選擇Transform Set View Direction，顯示窗口：(2) 確保Lattice Vector按鈕被選擇；(3) 在三個數(shù)值框中都輸入1；(4) 點(diǎn)擊OK；晶體會沿111方向重新畫出。改變晶體模型Crystalmaker中提供六種模型結(jié)構(gòu)：Ball and Stick，Space Filling，Polyhedral，Wireframe，Stick and Thermal Ellipsoid。對于每種模型，用戶都可以選擇是否顯示：單胞外形，軸矢量，表面覆蓋不同的模型可以在Model菜單中選擇。渲染模型目前位置結(jié)

25、構(gòu)在Crystalmaker中顯示彩色模型。如果用戶想要預(yù)覽灰色的激光打印效果，可以選擇Greyscale模型得到高質(zhì)量的灰色效果。另外，對于要在期刊上發(fā)表的圖片，Black & White模型會比較合適。使用Rendering菜單，可以在不同的渲染效果之間進(jìn)行切換。改變原子樣式現(xiàn)在我們開始研究原子的樣式(1) 在Model菜單中選擇Ball-and-stick；(2) 選擇Model Model Options；(3) 點(diǎn)擊Atoms顯示Atom Options面板。列表中顯示了非對稱單元中所有位置，按元素排列。用戶可以打開或關(guān)閉原子組來顯示單個位置。每個原子和位置都對應(yīng)有原子球、熱橢圓體和

26、多面體樣式。點(diǎn)擊選擇一個新的原子樣式。(4) 實(shí)驗(yàn)不同的原子樣式；(5) 點(diǎn)擊Apply完成設(shè)置。改變化學(xué)鍵樣式我們可以為不同的化學(xué)鍵選擇不同的樣式。(1) 點(diǎn)擊Model Options中的Bonds，出現(xiàn)原子鍵列表，包括Al-O鍵和Mg-O鍵以及它們的原子鍵樣式和顏色；(2) 編輯Al-O鍵樣式，點(diǎn)擊原子鍵樣式下拉菜單，選擇一個新的樣式；(3) 點(diǎn)擊Apply按鈕完成設(shè)置。改變多面體樣式下面，我們給予尖晶石晶體中不同Mg和Al位置以不同的多面體樣式。(1) 選擇Model Polyhedral命令；(2) 選擇Model Model Options命令打開Model Options窗口；(

27、3) 點(diǎn)擊Atom顯示Atom Options面板；(4) 定位Al元素行，在多面體欄上點(diǎn)擊并按住鼠標(biāo)，出現(xiàn)多面體樣式下拉按鈕；(5) 選擇Stripe-Fill Solid；(6) 點(diǎn)擊Mg多面體欄，從下拉菜單中選擇Plain Solid 樣式；(7) 確保氧多面體樣式為Blank，出現(xiàn)一個紅色十字；(8) 點(diǎn)擊Apply完成設(shè)置，出現(xiàn)類似以下的圖片：使用位置瀏覽器位置瀏覽器顯示了晶體中所有的位置，按照原子類型排列。用戶可以改變單個位置的顏色，或者隱藏、標(biāo)注位置。改變原子顏色：(1) 確保結(jié)構(gòu)是以colour model(Rendering Colur)或Ball&Stick model (

28、Model Ball&Stick)模式顯示；(2) 如果位置瀏覽器不可見，先使window Sidebar 可見(Window Show Sidebar)，并確保這包含Site Browser(Window Sidebar Site Browser)；(3) 定位Al元素行，點(diǎn)擊顏色按鈕，出現(xiàn)顏色選擇框；(4) 選擇一個新的顏色。按類型孤立原子(6) 移至Site Browser，定位O元素行；(7) 第三列“Vis”包含復(fù)選框，表示是否顯示原子或元素。點(diǎn)擊氧元素后Vis復(fù)選框隱藏所有氧元素：(8) 選擇氧元素后的Vis復(fù)選框，再次顯示氧元素。標(biāo)記原子群(1) 移至Site Browser，定

29、位氧元素行；(2) 點(diǎn)擊Lbl復(fù)選框，標(biāo)注所有氧原子：(3) 不選Lbl擇復(fù)選框，刪除所有原子標(biāo)記。第三節(jié) 測量結(jié)構(gòu)本節(jié)研究關(guān)于結(jié)構(gòu)及其化學(xué)鍵的測量方法，主要使用Crystalmaker的工具面板來測量、操作和編輯結(jié)構(gòu)：(A) 操作工具 (B) 選擇工具 (C) 測量工具 (D) 屏幕尺寸工具 (E) 縮放工具 (F) 旋轉(zhuǎn)工具 (G) 旋轉(zhuǎn)模式工具原子信息我們從使用信息工具來顯示一些關(guān)于尖晶石結(jié)構(gòu)中鋁元素周圍化學(xué)鍵信息開始。(1) 如果尖晶石結(jié)構(gòu)沒有打開，使用File Open打開文件；(2) 確保結(jié)構(gòu)是使用顏色的Ball-and stick模式(Model Ball & Stick)；(3

30、) 選定一個含有化學(xué)鍵的Al原子；(4) 如果工具欄不可見，使用Window Palettes Tools命令使其可見；(5) 選擇工具面板上的；(6) 點(diǎn)擊選定的Al原子。此原子會加亮，一個顯示位置標(biāo)注、原子類型和原子數(shù)的信息框會出現(xiàn)：(7) 點(diǎn)擊信息框上的按鈕；(8) 關(guān)于選定原子和任何鍵合原子的信息會顯示在Overview Window上的Log面板(如果Overview window不可見，選擇Window Palettes Log使其可見)。放大感興趣區(qū)域：下面，我們使用屏幕工具來放大Al原子周圍的鍵合環(huán)境。(1) 選擇工具欄上的放大工具；(2) 把鼠標(biāo)指針放在Al原子上并點(diǎn)擊。結(jié)構(gòu)

31、會以被點(diǎn)原子為中心放大；(3) 繼續(xù)放大Al原子，直到它的鍵合原子填滿屏幕。測量距離和角度接下來我們測量Al原子和其鍵合原子之間的距離和角度。測量化學(xué)鍵距離：(1) 在工具面板上選擇化學(xué)鍵距離工具；(2) 點(diǎn)擊Al原子，顯示為加亮；(3) 點(diǎn)擊和加亮Al原子鍵合的O原子，它們之間的實(shí)際距離會顯示出來；(4) 觀察Overview window窗口的Log面板?；瘜W(xué)鍵距離會記錄在這兒，連同它的矢量；測量化學(xué)鍵角度；(5) 選擇化學(xué)鍵角度工具；(6) 點(diǎn)擊氧原子，鋁原子，再一個氧原子；(7) 三維方向的角度為在選定的原子邊上顯示出來，并出現(xiàn)在Log中。測量平行于屏幕方向的距離：(8) 選擇距離工具

32、；(9) 鼠標(biāo)在圖片窗口中點(diǎn)擊，顯示為十字；(10) 移動鼠標(biāo)，同時保持在圖片窗口中。當(dāng)鼠標(biāo)移動時，一條線會連在起始點(diǎn)；距離會顯示在線的邊上；(11) 點(diǎn)擊另外一個點(diǎn)，測距完成顯示出來。重設(shè)放大結(jié)構(gòu)的尺寸：點(diǎn)擊自動尺寸調(diào)整按鈕，結(jié)構(gòu)會重新畫出，以適應(yīng)圖片窗口的大小。使用晶面Crystalmaker可以顯示一個穿過結(jié)構(gòu)的晶面。用戶可以定義晶面的位向，對其進(jìn)行移動，以及以其為界面切除結(jié)構(gòu)。顯示晶面：(1) 選擇Transform Lattice Plane Edit，Lattice Plane窗口如下：(2) 確保晶面的米勒指數(shù)設(shè)為111；(3) 點(diǎn)擊OK繼續(xù)。結(jié)構(gòu)中會顯示出一個穿過單胞中心的透明

33、晶面。注意，默認(rèn)情況下，相對于晶體模型，這個晶面會居中。米勒指數(shù)定義了晶面的相對位向，而非絕對位向。接下來，我們研究在結(jié)構(gòu)中拖動這個晶面。在結(jié)構(gòu)中移動晶面：(1) 選擇晶面工具；(2) 在圖片窗口中點(diǎn)擊并移動鼠標(biāo)。晶面平行的向前或后移動。隱藏晶面：選擇Transform Lattice Plane Hide。晶面會消失。晶面和晶向間的角度角度測量不僅限于原子之間。也可以測量指定晶面和晶向間的角度。接下來，我們測量(111)晶面和001晶向間的角度。(1) 選擇Transform Calculate Angle 命令，顯示Calculate Angle對話框：(2) 在Direction 1中輸

34、入111，選擇它為Plane Normal，這樣Direction 1現(xiàn)在代表了(111)晶面；(3) 在Vector 2中輸入001，選擇它為Lattice Vector，這樣Direction 2現(xiàn)在代表了001晶向；晶面和晶向間的角度會顯示在對話框下面；(4) 點(diǎn)擊Calculate按鈕，計算的角度會顯示在Log中。隱藏原子在前面章節(jié)我們定義了沿晶體學(xué)坐標(biāo)方向的原子范圍(Transform Set Range)。Crystalmaker中的選擇工具也可以用來進(jìn)行原子范圍的改變。隱藏原子團(tuán)可以使用選擇工具選擇不同形狀的結(jié)構(gòu)區(qū)域。(1) 點(diǎn)擊箭頭工具；(2) 在圖片窗口中選擇一個矩形區(qū)域；(

35、3) 選擇Selection Hide Unselected Atoms命令，結(jié)構(gòu)中為只顯示選定的原子；(4) 選擇Selection Show All命令，顯示所有原始原子。隱藏單個原子(5) 選擇工具；(6) 點(diǎn)擊一個原子，其會很快消失；(7) 選擇Selection Show All命令，顯示所有原子(或者如果使用工具只進(jìn)行了一次操作，使用Edit Undo命令)。配位環(huán)境我們已經(jīng)介紹了一些強(qiáng)有力的選擇工具，可以選擇晶體模型的任何區(qū)域。不過，如果我們再掌握了Spherical選擇工具，軟件使用起來會更加方便。Crystalmaker允許用戶觀察圓形的原子團(tuán)。我們可以使用這個功能來研究尖晶

36、石晶體中Al原子周圍的鍵合環(huán)境。(1) 選擇Transform Define Cluster命令，出現(xiàn)Define Cluster對話框：(2) 確保Around site被選定；(3) 在下來菜單中選擇Al，原子的位置坐標(biāo)會顯示出來；(4) 如果我們想顯示位置周圍2.5埃范圍內(nèi)的所有原子，Inner Radius設(shè)定為0，Outer Radius設(shè)定為2.5；(5) 點(diǎn)擊OK繼續(xù)。結(jié)構(gòu)會重畫，只顯示以Al為中心周圍的原子，本例中會顯示一個AlO6原子團(tuán)。修飾接下來，我們使用這個AlO6原子團(tuán)來實(shí)驗(yàn)單個原子和化學(xué)鍵的樣式。(1) 使用箭頭工具選擇中心原子Al；(2) 選擇Selection A

37、toms Style命令，在菜單中為中心原子選擇一個新的樣式；(3) 使用以上步驟，為原子團(tuán)中的氧原子選擇一個新的樣式；(4) 點(diǎn)擊選擇一個自定義的氧原子；(5) 按住shift鍵，點(diǎn)擊中心Al原子。選定的原子會加亮；(6) 選擇Selection Bonds Style命令，出現(xiàn)Bond Style對話框；(7) 在下拉菜單中為化學(xué)鍵樣式選擇點(diǎn)劃線，并使用顏色按鈕改變線的顏色；(8) 點(diǎn)擊OK鍵完成設(shè)置。生成化學(xué)鍵文件如果用戶想要記錄晶體中化學(xué)鍵長度和角度的信息，可以在Crystalmaker中生成一個詳細(xì)列表，并存儲為化學(xué)鍵文件。這個文件包含了單胞中所有原子的位置坐標(biāo)，以及每個非對稱基元中

38、原子的化學(xué)鍵角度和長度。用戶可以使用任何文字或文本編輯器對化學(xué)鍵文件進(jìn)行編輯。文件的格式詳見第10章。(1) 選擇File Export Bond Data 命令，出現(xiàn)一個文件對話框；(2) 設(shè)定一個文件名和存儲路徑，點(diǎn)擊save按鈕；(3) Crystalmaker生成一個原子和化學(xué)鍵列表，并保存到磁盤。用戶可以使用文字編輯器查看這些化學(xué)鍵文件。輸出網(wǎng)頁最后，我們以網(wǎng)頁的形式輸出關(guān)于尖晶石結(jié)構(gòu)的信息。(1) 網(wǎng)頁上圖片會和屏幕中圖片的大小相同；(2) 選擇File Export Web Page命令，出現(xiàn)文件對話框，設(shè)定一個文件名和存儲路徑；(3) 點(diǎn)擊Save繼續(xù)，Crystalmaker

39、會生成一個HTML文件；(4) 定位文件位置，使用Web瀏覽器打開。第三章 構(gòu)建晶體本章介紹如何在Crystalmaker中創(chuàng)建新的晶體，并對它們進(jìn)行展示和編輯。我們從檢查確定晶體需要哪些數(shù)據(jù)開始。接下來介紹晶體編輯器以及它先進(jìn)的對稱性選擇。然后我們介紹如何確定化學(xué)鍵和多面體。最后介紹如何改變原子的顏色和半徑，并把這些保存為默認(rèn)設(shè)置。元素、原子和位置為創(chuàng)建和編輯晶體，我們首先需要了解Crystalmaker如何區(qū)分原子、元素和晶體學(xué)位置。構(gòu)建晶體需要三個主要因素：晶格常數(shù)，空間群以及非對稱基元。對于單胞中的每個原子，Crystalmaker需要它的位置標(biāo)注，最少一個化學(xué)元素符號及其占位率，分?jǐn)?shù)

40、坐標(biāo)。位置標(biāo)注位置標(biāo)注用來確定非對稱單元中一個獨(dú)特的位置，其最多為六位字符(字母或者數(shù)字)，不能是空格。占位率Crystalmaker以及其他程序(CrystalDiffract)需要知道在特定位置上是什么原子占據(jù)，以及其相應(yīng)的比例。原子以其化學(xué)元素符號相區(qū)分，為一位或者兩位字符，并且只能包括字母。理想晶體中，每個位置只有一種原子占據(jù)；其占位率為1。但是，實(shí)際晶體中，一些位置顯示部分占據(jù)，或者無序原子分布中的多重占據(jù)。因此，Crystalmaker允許我們定義每個位置最多三個元素符號，每個元素?fù)碛胁糠终刮粩?shù)值。例子 1高溫超導(dǎo)體中Ag離子無序排列。假設(shè)Ag離子部分占據(jù)，但是位置間對稱，標(biāo)注為“

41、M1”。每個位置包含Ag原子的幾率為10%。這樣，占位率可以寫做如下：M1 Ag 0.1例子 2一種礦物質(zhì)中Al和Si原子在四面體位置上為無序排列。晶體結(jié)構(gòu)中，T1位置含有Si的幾率為75%，含有Al的幾率為25%；T2位置上含有Si的幾率為25%，含有Al的幾率為75%。占位率寫做如下：T1 Si 0.75 Al 0.25T2 Si 0.25 Al 0.75Crystalmaker按照每個位置上占位較多的元素的化學(xué)符號為標(biāo)記。按照化學(xué)元素符號不同，原子可以賦予不同的顏色、半徑和化學(xué)鍵。Crystalmaker自動識別周期表中的化學(xué)元素，并自動設(shè)置每種原子的顏色和原子半徑。溫度因素原子位移參數(shù)

42、(溫度因素)可以從文本文件(例如CIF,GSAS,PDB,SHELX等)加載到程序中。用戶可以使用Model Options中的Atoms面板來自定義顯示。創(chuàng)建新的晶體創(chuàng)建新晶體的兩種方法：(1) 在文本文件中輸入數(shù)據(jù)。利用文字處理器或文本編輯器來創(chuàng)建一個包含晶體學(xué)數(shù)據(jù)的純文本文件(ASCII格式)。然后在Crystalmaker中通過File Open命令來打開這個文本文件(詳見第10章)；(2) 在Crystalmaker中，使用File New Crystal命令。晶體數(shù)據(jù)編輯器選擇File New Crystal命令創(chuàng)建新的晶體，或者選擇Edit Structure進(jìn)行編輯。晶體編輯窗

43、口如下：此窗口由三部分組成：一、對稱數(shù)據(jù)；二、晶格參數(shù)；三、非對稱基元中原子列表。設(shè)定對稱性編輯晶體的第一步是以空間群的形式設(shè)置它的對稱性。空間群符號用戶可以直接輸入空間群，或者點(diǎn)擊Browse，然后選擇一個空間群?？臻g群符號可以以一下三種格式輸入：(1) 國際符號必須輸入正確的格式，字符之間要有空格(例如C2/c應(yīng)該輸入“C 2 / c”)?？梢允褂煤唽懙膰H符號(例如“C 2 / c”)，或者使用完整的國際符號(“C 1 2/c 1”)。完整的符號可以進(jìn)行非傳統(tǒng)的對稱設(shè)置。(2) Schoenflies符號必須使用括號，符號間不能有空格。列入C62h應(yīng)該輸做：C2h(6)。(3) 空間群號

44、在晶體學(xué)國際表中。Crystalmaker假定為空間群的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置。230種空間群都包含在程序中。如果用戶的輸入不能被Crystamaker識別，警告三角號會出現(xiàn)?？臻g群瀏覽器在空間群瀏覽器中，用戶可以從列表中選擇一個空間群。在Edit Crystal中點(diǎn)擊Browse，或者選擇Window Palettes Spacegroup Browser命令，就可以顯示Spacegroup Browser。Spacegroup Browser的上部為搜索界面，下面為晶系、點(diǎn)陣類型和空間群的列表，顯示了空間群的一些信息。從列表中選擇一個空間群：(1) 在左側(cè)列表中選擇一個晶系；(2) 在中間列表中選擇一個

45、點(diǎn)陣類型；(3) 在右側(cè)列表中選擇空間群符號。搜索空間群：(1) 在Spacegroup Browser的上部搜索空格中輸入空間群符號；(2) 按回車鍵。如果搜索到空間群，其相應(yīng)的晶系、點(diǎn)陣類型和符號就會加亮，相關(guān)信息就會出現(xiàn)在窗口的下面。顯示非傳統(tǒng)空間群：選擇Show All Settings顯示各種非傳統(tǒng)空間群。高級對稱選項(xiàng)用戶有時定義對稱性需要更大的靈活性：也許在使用一種非傳統(tǒng)的空間群設(shè)置，或者想要手動輸入對稱性位置。這種情況下，可以點(diǎn)擊Edit Crystal中的Options選項(xiàng)，出現(xiàn)Symmetry Options對話框：使用單選按鈕，可以選擇一：空間群，在這種情況下生成一般等價位

46、置(GEPs)；選擇二：自己定義一般等價位置(GEPs)。點(diǎn)擊Output打印GEPs。限定晶格常數(shù)選項(xiàng)如果選擇了Constrain lattice parameters，Crystalmaker就會自動根據(jù)對稱性設(shè)定晶格常數(shù)。這就意味著，在立方晶體中只需要輸入a值。少數(shù)情況下需要關(guān)閉此選項(xiàng)。例如，保留原子對稱信息情況下研究單胞變形。手動設(shè)置對稱性操作點(diǎn)擊Customize單選按鈕，手動輸入一般等價位置點(diǎn)擊Add按鈕編輯新的一般等價位置，如下格式：+x -y +z1/2+x 1/2-y +z選擇行，點(diǎn)擊Remove來刪除已經(jīng)存在的GEP。原始誤差使用Origin Offset可以讓程序明白在用

47、戶數(shù)據(jù)和Crystalmaker的對稱性之間存在誤差。以分?jǐn)?shù)形式輸入誤差值。晶格常數(shù)如果選擇了Constrain Lattice Parameters選項(xiàng)，在Edit Crystal窗口中只有未限定的晶格常數(shù)會出現(xiàn)(在立方晶體中為a)。用戶需要輸入單胞邊長(單位為埃)，以及坐標(biāo)軸間的角度。占位率和位置坐標(biāo)在Edit Crystal窗口中，顯示了非對稱基元的位置列表。Crystalmaker使用這些位置的坐標(biāo)來生成完成的單胞。在列表中添加新的位置：(1) 點(diǎn)擊Add；(2) 輸入標(biāo)注來識別位置；(3) Tab到Site occupancy field，并輸入這個位置的化學(xué)占位：如果這個位置有序，

48、就輸入元素符號；如果這個位置無序，就輸入最多三個元素及其占位，格式如下：Si 0.7 Al 0.2 Ge 0.1總的占位率不能超過1。(4) 在位置坐標(biāo)中輸入坐標(biāo)數(shù)值；(5) 回車完成輸入。標(biāo)記已經(jīng)存在的位置：(1) 點(diǎn)擊想要編輯的選項(xiàng)；(2) 輸入新的數(shù)值，回車。刪除一個位置：(1) 點(diǎn)擊行數(shù)，選定行；(2) 點(diǎn)擊Remove。原子位移參數(shù)原子位移參數(shù)用來定義熱橢圓體：描述由于溫度引起的原子位置的不穩(wěn)定，晶體中的缺陷，以及其他統(tǒng)計學(xué)不規(guī)則。在Crystalmaker中，用戶可以添加、編輯原子位移參數(shù)。為了簡化窗口，這些數(shù)據(jù)通常被隱藏，但使用Show選項(xiàng)可以顯示出來。添加新的位移參數(shù)：(1)

49、選擇Use Displacement Parameters選項(xiàng)；(2)選擇Displacement Parameters；(3) 選擇想要編輯位置的行；(4) 在Selection Type菜單中選擇位移參數(shù)的類型；(5) 輸入相關(guān)數(shù)據(jù)。編輯已經(jīng)存在的位移參數(shù)：(1) 選定Use Displacement Parameters選項(xiàng)；(2) 在Show菜單中選擇Displacement Parameters；(3) 選擇想要編輯的行，輸入新的數(shù)據(jù)，使用Selection Type菜單選擇位移數(shù)據(jù)的類型。定義化學(xué)鍵一當(dāng)定義了晶體結(jié)構(gòu)，就可以繼續(xù)定義原子間的化學(xué)鍵和配位多面體。用戶可以在結(jié)構(gòu)中特定的

50、原子間產(chǎn)生化學(xué)鍵。Crystalmaker不限定每個位置的化學(xué)鍵數(shù)，但最好保證這種化學(xué)鍵的真實(shí)性！定義或編輯化學(xué)鍵：選擇edit Bonding 命令，出現(xiàn)Editing Bonding對話框：對其中的化學(xué)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯。添加新的化學(xué)鍵：(1) 點(diǎn)擊Add，出現(xiàn)新行；(2) 在給定菜單中，選擇From到To 原子類型；(3) 點(diǎn)擊Bmin，輸入最小的化學(xué)鍵距離；(4) 點(diǎn)擊Bmax，輸入最大的化學(xué)鍵距離。預(yù)覽配位數(shù)狀態(tài)：(1) 選擇Info選項(xiàng)；(2) 稍等片刻，配位數(shù)信息顯示在Coordination欄中。刪除化學(xué)鍵：(1) 點(diǎn)擊行數(shù)來選擇行；(2) 點(diǎn)擊Remove。原子顏色和半徑當(dāng)定義一

51、個新的結(jié)構(gòu)時，Crystalmaker試圖把輸入元素與它的周期表中的元素相匹配。成功匹配后，就會得到元素半徑和顏色值。這樣就省去了每次自己是指原子顏色和半徑的麻煩。Crystalmaker依靠原子半徑來生成化學(xué)鍵和多面體。但是，原子半徑隨結(jié)構(gòu)不同而變化，由化學(xué)鍵類型和配位角度所決定。Crystalmaker提供原子半徑，共價半徑，Van-der-Waals半徑和離子半徑。元素表還設(shè)置了默認(rèn)顏色。選擇元素表原子半徑不僅僅關(guān)于美學(xué)。Crystalmaker以原子半徑(加上15%)的綜合為指導(dǎo)，來決定哪些化學(xué)鍵需要生成。這就意味著如果原子半徑適合目前的晶體類型，自動化學(xué)鍵生成就會失效。因此，使用正確

52、的化學(xué)表就顯得尤為重要。Crystalmaker的默認(rèn)化學(xué)表使用Shannon&Prewitt, 1969/1976中的離子半徑數(shù)據(jù)。對于無機(jī)物晶體，我們建議：Shannon&Prewitt Ionic “Crystal” Radii對于有機(jī)物晶體，我們建議：(1) CSD Crystalmaker Covalent Radii;(2) CPK Covalent Radii;(3) CPK Van-der-Waals Radii編輯元素原子的顏色和半徑選擇Edit elements，可以對元素表中元素的顏色和半徑進(jìn)行編輯。加載不同的元素表：(1) 在Element Set中選擇元素表(2) 點(diǎn)

53、擊Import按鈕，就會顯示要加載的文件。保存自定義元素表：(1) 單擊Export；(2) 設(shè)定文件名和存儲位置，然后完成保存。編輯已經(jīng)存在的元素定義：(1) 選擇要編輯的元素行；(2) 點(diǎn)擊Radius，輸入新的數(shù)值，按回車返回；(3) 點(diǎn)擊Colour，選擇新的顏色；(4) 點(diǎn)擊Apply完成編輯。顯示位置瀏覽器，方法有二：(1) 選擇window Sidebar Site Browser命令；(2) 選擇Window Palettes Site Browser。改變原子半徑：(1) 選擇要編輯的原子；(2) 點(diǎn)擊radius；(3) 輸入新的數(shù)值，按回車返回。改變晶體位置的顏色：(1)

54、 選擇位置行；(2) 點(diǎn)擊位置顏色按鈕，選擇一個新的顏色。改變相同化學(xué)元素位置的顏色：(1) 選擇化學(xué)元素行；(2) 點(diǎn)擊化學(xué)元素行顏色按鈕，選擇一個新的顏色。重設(shè)顏色和半徑到默認(rèn)值：(1) 在位置瀏覽器中右鍵單擊顯示背景菜單；(2) 選擇Apply Default Settings命令。添加注釋在注釋面板中可以添加有關(guān)結(jié)構(gòu)的信息，同時，可以對字體，字體顏色進(jìn)行選擇。顯示注釋面板：選擇Window Show Notes。隱藏注釋面板：(1) 選擇Window Sidebar Notes。(2) 點(diǎn)擊Notes按鈕(Mac中)。指定默認(rèn)文本設(shè)置：(1) 在注釋面板中，右鍵顯示菜單；(2) 選擇Default Text Options命令。保存晶體(1) 以Crystalmaker二元格式存儲。使用File菜單中的Save或者Save As命令；(2) 以Crystalmaker文本格式存儲。選擇File Export Cr