Diamond用户使用手册中文版 v1.0

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1 晶 体 与 分 子 结 构 可 视 化 软 件 用 户 手 册

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3 DIAMOND 用 户 手 册 中 文 版 V 1.01 by Benzol johnkrow@gmail.com

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5 晶 体 与 分 子 结 构 可 视 化 软 件 用 户 手 册

6 Intel Pentium 以 及 Pentium II 是 Intel Corp., Santa Clara, CA, USA 的 商 标 或 注 册 商 标 AMD 以 及 Athlon 是 AMD Corp., Sunnyvale, CA, USA 的 注 册 商 标 Windows Windows NT 以 及 PowerPoint 是 Microsoft Corp., Redmond, WA, USA 的 注 册 商 标 POV-Ray TM Persistence of Vision POV-Team TM 以 及 POV-Help 是 POV-Team TM, Williamstown, Australia 的 商 标 Diamond CD-ROM 附 带 的 POV-Ray TM 软 件 包 是 免 费 赠 品 ; 用 户 无 需 以 任 何 方 式 支 付 购 买 POV-Ray 您 还 可 以 在 免 费 下 载 POV-Ray 官 方 软 件 包 Diamond CD-ROM 中 发 行 的 POV-Ray 为 官 方 版 本 ; 经 POVLEGAL.DOC 文 件 中 的 通 用 许 可 条 款 允 许 POV-Team 并 不 认 可 发 行 者 及 其 产 品 POV-Team 未 从 此 次 发 行 中 获 取 任 何 经 济 补 偿 希 望 了 解 更 多 关 于 POV-Ray 许 可, 请 阅 读 GENERAL LICENSE AGREEMENT( 通 用 许 可 协 议 ) ( 亦 即 POVLEGAL.DOC ) 如 有 任 何 关 于 DIAMOND 用 户 手 册 中 文 版 的 建 议 或 问 题, 请 致 信 johnkrow@gmail.com Copyright by CRYSTAL IMPACT Dr. K. Brandenburg & Dr. H. Putz GbR Rathausgasse 30 D Bonn Germany info@crystalimpact.com World Wide Web:

7 修 订 与 更 新 : 10/17/09 更 新 为 V 1.01 根 据 小 木 虫 (emuch.net) 网 友 iangie 勘 误 修 正 若 干 文 字 错 误, 包 括 : P 第 6 行 知 道 直 到 ; P 第 10 行 另 两 ; P 倒 数 第 3 行 定 点 顶 点 ; P 最 后 一 行 说 及 双 击 ; P 第 二 行 OK( 确 定 ) Close( 关 闭 ) ; P 倒 数 第 四 行 DIAMOND2 DIAMOND ; P 第 19 行 当 个 单 个 ; P63 以 及 P64 脚 注 特 此 感 谢 iangie 的 勘 误 表!

8 目 录 前 言 1 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 2 起 步 阶 段 绘 制 图 像 调 整 图 像 设 计 进 阶 指 南 :DIAMOND 的 理 念 17 任 务 循 序 渐 进 连 接 性 与 过 滤 功 能 探 究 未 知 晶 体 结 构 晶 体 结 构 图 的 使 用 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 20 分 子 结 构 探 究 未 知 晶 体 结 构 沸 石 (Zeolite) 骨 架 结 构 使 用 POV-Ray TM 绘 制 高 质 量 图 片 使 用 DIAMOND 录 制 视 频 寻 求 帮 助 55 技 术 支 持 56 附 录 57 软 件 安 装 在 线 更 新 安 装 POV-Ray TM 恢 复 工 厂 设 置 Diamond 2 用 户 必 读 Windows 软 件 基 本 操 作 指 南 参 考 文 献 66 索 引 67

9 谨 以 此 献 给 我 亲 爱 的 Edda

10 前 言 1 前 言 如 果 您 有 晶 体 结 构 数 据 ( 空 间 群 参 数 单 胞 参 数 原 子 参 数 或 者 晶 体 数 据 文 件, 如 CIF 文 件 ), 而 且 希 望, 绘 制 用 于 演 示 文 稿 或 者 出 版 物 的 高 质 量 图 片? 了 解 晶 体 结 构 的 构 造 原 理? 通 过 各 种 方 式 向 学 生 展 现 晶 体 构 造 原 理? 好 极 了! 这 就 是 DIAMOND, 一 款 在 原 子 水 平 实 现 晶 体 结 构 可 视 化 的 软 件 能 为 您 做 到 的 最 新 的 第 三 版 软 件 极 大 地 简 化 了 起 步 阶 段, 非 常 容 易 上 手 1 这 样 一 来, 即 使 您 之 前 没 有 读 过 这 本 使 用 手 册, 也 可 以 轻 易 地 绘 制 出 漂 亮 的 晶 体 结 构 图 但 是, 事 实 上 DIAMOND 是 一 款 功 能 非 常 强 大 的 软 件 包, 除 了 简 单 的 向 导 功 能 之 外, 还 提 供 各 种 各 样 的 高 级 功 能 为 了 确 保 您 能 充 分 利 用 DIAMOND 的 强 大 能 力, 我 们 强 烈 建 议 您 按 照 以 下 几 条 指 南 阅 读 这 本 使 用 手 册 : 1. 首 先, 您 一 定 已 经 迫 不 及 待 地 想 在 计 算 机 上 运 行 DIAMOND 并 试 着 绘 制 一 些 晶 体 图 因 此 如 果 您 还 没 有 安 装 DIAMOND, 那 么 请 按 照 第 57 页 的 说 明 安 装 软 件, 并 按 照 DIAMOND 教 程 A( 第 2 页 ) 的 指 示 进 行 操 作 2. 当 您 初 步 尝 试 了 绘 制 图 像 之 后, 我 们 建 议 您 留 出 一 些 时 间 阅 读 一 下 进 阶 指 南 (Reflection), 期 间 最 好 能 够 保 证 没 有 电 话 会 议 或 者 同 事 的 打 扰 3. 准 备 一 杯 上 好 的 茶 或 咖 啡, 坐 在 沙 发 上 翻 开 这 本 使 用 手 册, 打 开 第 17 页 的 进 阶 指 南 (Reflection) 一 章 回 想 一 下 在 教 程 A 中 练 习 的 操 作, 并 考 虑 一 下 在 您 的 研 究 中 能 利 用 DIAMOND 做 些 什 么 4. 或 许 您 还 想 接 着 浏 览 一 下 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 这 一 章, 以 便 对 接 下 来 的 内 容 有 个 印 象 5. 随 后, 请 您 坐 到 计 算 机 前 并 练 习 DIAMOND 教 程 B, 在 这 一 阶 段, 您 将 深 入 了 解 DIAMOND 最 精 彩 的 特 色 功 能 6. 最 后, 您 可 以 随 意 地 尝 试 一 下 本 软 件 的 各 项 功 能, 就 从 您 自 己 研 究 中 的 实 例 开 始 下 手 7. 如 果 您 需 要 帮 助, 请 参 考 本 手 册 第 55 页 的 寻 求 帮 助 来 了 解 DIAMOND 可 以 为 您 提 供 帮 助 的 各 种 途 径 1 如 果 您 之 前 使 用 过 DIAMOND 第 二 版, 那 么 请 您 阅 读 第 59 页 附 录 中 的 DIAMOND 2 用 户 必 读 新 用 户 也 能 从 这 一 章 了 解 到 DAIMOND 第 三 版 最 突 出 的 新 功 能

11 2 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 起 步 阶 段 在 这 部 分 最 基 本 的 教 程 中, 您 将 学 习 到 : 如 何 导 入 晶 体 结 构 数 据 文 件, 如 CIF 文 件 如 何 通 过 DIAMOND 自 动 绘 制 晶 体 结 构 图 DIAMOND 用 户 界 面 的 组 成 结 构 如 何 显 示 晶 体 结 构 数 据 距 离 和 角 度 表 格 以 及 粉 末 衍 射 图 样 2 我 们 将 以 一 个 非 常 典 型 的 例 子 开 始 这 部 分 教 程 : 某 种 化 合 物 的 晶 体 结 构 数 据 以 CIF 文 件 格 式 存 储, 我 们 将 基 于 该 文 件 绘 制 其 晶 体 结 构 图 在 本 示 例 中 我 们 将 使 用 从 Pauling File Binaries 3 Edition 数 据 库 导 出 的 富 勒 烯 (C60) 的 CIF 文 件 图 1: Start Screen( 开 始 ) 界 面 提 供 了 一 系 列 常 用 文 件 操 作, 例 如 导 入 或 者 打 开 最 近 使 用 的 文 档 如 果 您 还 没 有 启 动 DIAMOND 软 件 4, 那 么 现 在 请 立 即 打 开 启 动 之 后, 屏 幕 上 将 显 示 Start Screen( 开 始 ) 画 面 ( 图 1), 在 这 里 您 仅 需 要 单 击 一 下 鼠 标 即 可 完 成 一 些 最 常 用 的 操 作 ( 例 2 CIF(=Crystallographic Information File, 晶 体 学 信 息 文 件 ) 文 件 是 晶 体 结 构 数 据 储 存 和 交 流 的 最 常 见 文 件 格 式 之 一 例 如, 像 "Acta Crystallographica" 等 IUCr( 国 际 晶 体 学 联 盟 ) 旗 下 期 刊 提 供 已 发 表 晶 体 结 构 的 CIF 文 件 下 载 希 望 了 解 更 多 关 于 CIF 的 信 息, 请 访 问 3 Pauling File Binaries Edition 数 据 库, 由 ASM International, Materials Park, Ohio, U.S.A. 出 版 4 如 果 您 的 同 事 以 前 在 您 的 计 算 机 上 使 用 过 DIAMOND, 我 们 强 烈 建 议 您 在 学 习 该 教 程 前 按 照 附 录 ( 第 58 页 ) 中 的 操 作 方 法 将 软 件 恢 复 到 默 认 设 置 ( 即 工 厂 设 置 )

12 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 3 如 导 入 晶 体 结 构 文 件 或 者 是 打 开 最 近 使 用 的 文 档 ) 请 点 击 Open a file( 打 开 文 件 ) 来 导 入 结 构 数 据, 点 击 后 将 显 示 Open( 打 开 ) 对 话 框 请 将 对 话 框 底 部 的 文 件 类 型 设 定 为 CIF (*.cif), 然 后 选 择 DIAMOND 程 序 文 件 夹 下 的 Tutorial 子 文 件 夹 ( 例 如 C:\Program Files\Diamond 3\Tutorial ) 中 的 c60.cif 最 后 请 点 击 Open( 打 开 ) 通 过 工 具 栏 上 的 相 应 按 钮 或 者 键 盘 上 的 组 合 键 也 可 以 执 行 很 多 常 用 命 令 当 您 能 够 熟 记 这 些 按 钮 和 组 合 键 的 时 候, 您 的 工 作 将 变 得 更 加 快 捷 流 畅 如 果 某 项 菜 单 命 令 可 以 通 过 工 具 栏 按 钮 或 者 组 合 键 实 现, 那 么 该 命 令 的 左 侧 将 标 出 缩 略 指 示 图, 或 者 右 侧 标 出 组 合 键 在 前 面 的 示 例 中, 您 还 可 以 选 择 File( 文 件 ) 菜 单 下 的 Open( 打 开 ) 命 令, 或 者 直 接 使 用 工 具 栏 按 钮 键 ), 也 可 以 使 用 组 合 键 Ctrl+O ( Ctrl+O 表 示 当 您 按 住 键 盘 上 Ctrl 键 的 同 时 按 下 O 如 果 您 刚 刚 安 装 好 DIAMOND( 即 选 项 设 置 与 工 厂 设 置 完 全 相 同 ), 屏 幕 上 将 显 示 File Import Assistant( 文 件 导 入 助 手 ) ( 图 2), 在 此 您 可 以 控 制 导 入 文 件 过 程 中 的 每 个 步 骤 ( 如 识 别 文 件 类 型 等 ) 图 2: File Import Assistant( 文 件 导 入 助 手 ) 将 引 导 您 进 行 导 入 晶 体 结 构 数 据 文 件 的 选 项 操 作 图 3: 在 File Import Assistant( 文 件 导 入 助 手 ) 对 话 框 的 第 二 页, 您 应 该 检 查 自 动 确 定 的 文 件 格 式 是 否 正 确 如 果 不 正 确, 请 在 对 话 框 中 央 的 下 拉 菜 单 中 选 择 正 确 的 文 件 格 式

13 4 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 请 点 击 对 话 框 底 部 的 Next( 下 一 步 ), 并 检 查 由 选 中 文 件 内 容 自 动 确 定 的 文 件 格 式 是 否 正 确 下 面 显 示 的 是 可 以 从 该 文 件 导 出 的 数 据 集 的 数 目 ( 在 该 示 例 中 为 1, 如 图 3) 点 击 Next( 下 一 步 ) 进 入 该 对 话 框 的 第 三 页 在 这 里 您 可 以 选 择 是 否 让 DIAMOND 自 动 绘 制 晶 体 结 构 图, 使 用 Structure Picture Creation Assistant( 结 构 图 绘 制 助 手 ) 或 者 从 空 白 图 像 开 始 在 我 们 入 门 教 程 的 示 例 中 将 尽 可 能 简 化 操 作, 因 此 请 选 择 If the dataset is a crystal structure( 如 果 该 数 据 集 是 晶 体 结 构 ) 组 合 框 中 的 Create picture automatically( 自 动 绘 制 图 像 ) ( 图 4) 图 4: 在 File Import Assistant( 文 件 导 入 助 手 ) 对 话 框 的 第 三 页, 您 可 以 选 择 是 否 以 及 如 何 根 据 已 导 入 晶 体 结 构 数 据 绘 制 第 一 幅 图 像 继 续 点 击 Next( 下 一 步 ) 进 入 该 对 话 框 的 第 四 页 ( 最 后 一 页 ) 如 果 您 选 中 了 Do not show this assistant again( 不 要 再 显 示 该 助 手 ) 复 选 框 ( 现 在 请 不 要 选 中 ), 下 次 您 导 入 结 构 文 件 的 时 候 DIAMOND 将 自 动 完 成 整 个 文 件 导 入 操 作 点 击 该 对 话 框 底 部 的 Finish( 完 成 ), DIAMOND 将 导 入 晶 体 结 构 数 据 并 显 示 自 动 绘 制 的 晶 体 图 ( 图 6) 图 5: 在 File Import Assistant( 文 件 导 入 助 手 ) 对 话 框 的 最 后 一 页, 您 可 以 选 择 在 下 次 文 件 导 入 的 时 候 是 否 显 示 该 对 话 框, 如 勾 选 该 选 项 后, 下 次 文 件 导 入 过 程 将 以 静 音 模 式 ( 即 自 动 ) 进 行 完 成 晶 体 结 构 数 据 导 入 和 结 构 图 绘 制 这 两 步 操 作 之 后, 我 们 将 进 入 并 探 索 DIAMOND 用 户

14 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 5 界 面 以 了 解 各 种 显 示 选 项 下 面 请 看 当 前 屏 幕 显 示 ( 或 者 图 6): 5 工 作 区 域 的 主 视 窗 是 结 构 图 (struture picture), 当 前 显 示 为 C60 分 子 的 立 方 堆 积 在 结 构 图 的 右 侧 为 两 块 面 板 区 域 : 右 上 方 为 表 格 面 板 (Table pane), 默 认 显 示 主 要 的 晶 体 结 构 数 据 ( 即 数 据 摘 要,Data brief) 您 还 可 以 选 择 在 该 面 板 中 显 示 其 他 各 种 表 格 ( 例 如 原 子 参 数 自 创 原 子 或 平 面 以 及 用 户 测 量 的 距 离 和 角 度 等 ) 这 些 表 格 可 以 通 过 点 击 表 格 面 板 区 域 顶 部, 右 侧 带 有 向 下 箭 头 的 小 标 题 ( 当 前 为 Data brief( 数 据 摘 要 ) ) 来 查 看 下 面 请 尝 试 查 看 Table of created atoms( 自 创 原 子 表 格 ) : 点 击 Data brief( 数 据 摘 要 ), 然 后 从 下 拉 列 表 中 选 择 Table of created atoms( 自 创 原 子 表 格 ) 之 后 请 按 类 似 操 作 切 换 回 Data brief( 数 据 摘 要 ) 并 鼠 标 左 键 点 击 结 构 图 区 域 的 黑 背 景 将 其 再 次 变 为 活 动 面 板 图 6:DIAMOND 从 c60.cif 文 件 中 导 入 晶 体 结 构 数 据 并 自 动 绘 制 结 构 图 ; 除 此 之 外, 程 序 窗 口 还 显 示 了 主 要 晶 体 结 构 数 据 ( 即 数 据 摘 要,Data brief) 和 结 构 图 内 容 摘 要 右 下 方 为 属 性 面 板 (Properties pane), 显 示 结 构 图 的 各 类 信 息 以 及 当 前 选 中 的 对 象, 包 括 : 结 构 图 内 容 结 构 图 中 的 自 创 原 子 选 中 的 对 象 选 中 原 子 间 的 距 离 选 中 原 子 的 线 性 度 / 平 面 度 等 属 性 面 板 可 以 设 定 为 Automatic( 自 动 ) 模 式 ( 在 该 面 板 顶 部 的 下 拉 菜 单 中 选 择 第 一 个 选 项 ) 以 便 属 性 面 板 能 够 一 直 显 示 当 前 选 中 对 象 的 信 息 Automatic mode( 自 动 模 式 ) 是 DIAMOND 的 默 认 设 置, 因 此 现 在 没 必 要 进 行 更 改 5 DIAMOND 中 的 工 作 区 域 定 义 为 窗 口 上 部 工 具 栏 与 窗 口 下 部 状 态 栏 之 间 的 区 域

15 6 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 在 结 构 图 和 表 格 面 板 的 顶 部 是 导 航 栏 (Navigation bar, 图 7), 通 过 导 航 面 板 在 当 前 结 构 图 下 可 以 快 速 访 问 其 他 查 看 选 项 ( 数 据 表 距 离 与 角 度 分 析 粉 末 衍 射 图 样 以 及 所 有 结 构 图 ) 同 时, 该 面 板 为 structure level( 结 构 级 ) 窗 口 或 document level( 文 档 级 ) 窗 口 分 别 提 供 当 前 结 构 图 总 览 以 及 当 前 DIAMOND 文 档 中 所 有 晶 体 结 构 总 览 DIAMOND 文 档 文 件 (*.diamdoc) 能 够 同 时 储 存 多 种 晶 体 结 构, 也 可 以 为 一 种 晶 体 结 构 绘 制 多 幅 晶 体 图! 图 7: 导 航 面 栏 (Navigation bar) 为 当 前 晶 体 结 构 structure level( 结 构 级 ) 窗 口 以 及 document level( 文 档 级 ) 窗 口 提 供 快 速 访 问 其 他 查 看 选 项 ( 数 据 表 距 离 与 角 度 分 析 粉 末 衍 射 图 样 以 及 所 有 结 构 图 ) 导 航 栏 的 左 侧 是 当 前 文 档 下 的 活 动 窗 口 ( 如 Picture 1( 图 1) ), 用 > 符 号 分 开 以 表 示 文 档 结 构 层 次 例 如, c60.cif > S > Picture 1 表 示 当 前 显 示 的 是 标 题 为 S 晶 体 结 构 的 晶 体 图 Picture 1( 图 1), 而 该 结 构 数 据 则 位 于 DIAMOND 文 档 c60.cif 中 除 结 构 图 以 外,DIAMOND 还 为 当 前 结 构 数 据 提 供 三 种 不 同 的 查 看 方 式 : 数 据 表 (Data sheet) 数 据 表 包 含 了 当 前 结 构 数 据 的 所 有 已 知 信 息, 也 就 是 说, 数 据 表 是 数 据 摘 要 (Data brief) 的 扩 充 距 离 与 角 度 (Distances and angles) 提 供 当 前 显 示 结 构 中 各 原 子 间 距 离 和 角 度 的 表 格 表 示 粉 末 衍 射 图 样 (Powder diffraction pattern) 粉 末 衍 射 图 样 根 据 晶 体 结 构 数 据 计 算 得 出, 分 别 列 出 了 独 立 反 射 列 表 和 衍 射 图 衍 射 图 样 计 算 的 各 种 参 数 ( 辐 射 源 波 长 LP 修 正 以 及 峰 型 函 数 等 ) 以 及 图 样 ( 标 尺 颜 色 等 ) 均 可 以 调 整 请 在 导 航 栏 上 点 击 相 应 标 签 逐 一 查 看 以 上 内 容, 也 可 以 尝 试 改 变 衍 射 图 样 或 者 距 离 和 角 度 计 算 中 的 设 置 点 击 导 航 栏 上 的 结 构 名 称 ( 即 S ) 将 得 到 在 当 前 晶 体 结 构 ( structure level( 结 构 级 ) ) 下 绘 制 的 所 有 结 构 图 的 缩 略 图, 以 及 提 供 主 要 晶 体 结 构 数 据 的 Data brief( 数 据 摘 要 ) 点 击 导 航 栏 上 的 文 档 名 称 ( 即 c60.cif, 文 档 结 构 中 的 最 上 一 级 ) 将 得 到 当 前 文 档 下 所 有 晶 体 结 构 ( document level( 文 档 级 ) ) 在 顶 部 表 格 中 点 击 ( 选 择 ) 某 结 构 后, 将 得 到 在 该 晶 体 结 构 下 绘 制 的 所 有 结 构 图 的 缩 略 图, 以 及 提 供 主 要 晶 体 结 构 数 据 的 Data brief( 数 据 摘 要 ) 到 此 为 止,DIAMOND 教 程 的 第 一 部 分 已 经 结 束 了 通 过 本 章 您 已 经 大 致 了 解 了 用 户 界 面 以 及 某 些 对 话 框 选 项 下 一 章 我 们 将 借 助 DIAMOND 手 动 输 入 晶 体 结 构 数 据 并 独 立 地 绘 制 晶 体 结 构 图

16 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 7 绘 制 图 像 在 这 部 分 教 程 中 您 将 学 习 到 : 如 何 手 动 输 入 晶 体 结 构 数 据 如 何 通 过 Structure Picture Creation Assistant( 结 构 图 绘 制 助 手 ) 绘 制 图 像 您 现 在 将 学 习 如 何 手 动 输 入 晶 体 结 构 数 据, 在 无 法 获 得 结 构 数 据 文 件 的 情 形 下 ( 如 晶 体 结 构 数 据 由 印 刷 出 版 物 提 供 ), 手 动 输 入 数 据 是 必 要 的 ; 如 果 还 没 有 打 开 DIAMOND, 请 先 启 动 软 件 随 后, 您 需 要 创 建 一 个 新 的 DIAMOND 文 档 ( 在 前 一 部 分 中, 这 一 步 已 经 在 文 件 导 入 过 程 中 自 动 完 成 ): 请 从 File( 文 件 ) 菜 单 中 选 择 New( 新 建 ) 命 令 ( 或 点 击 相 应 的 工 具 栏 按 钮 ), 这 样 您 将 得 到 一 个 全 空 的 新 文 档 现 在 您 需 要 输 入 晶 体 结 构 数 据 ; 这 里 我 们 将 使 用 Pauling File Binaries Edition 数 据 库 中 S 条 目 的 石 英 (SiO2) 数 据 请 从 Structure( 结 构 ) 菜 单 中 选 择 New Structure... ( 新 建 结 构 ) 命 令 ; 新 建 结 构 助 手 (New structure assistant) 将 引 导 您 输 入 必 须 的 数 据 ( 诸 如 空 间 群 单 胞 参 数 或 原 子 参 数 等 ) 打 开 新 建 结 构 助 手 (New structure assistant) 后 将 显 示 一 些 关 于 其 用 途 的 提 示 ; 请 点 击 Next( 下 一 步 ) 到 第 二 页 ( 图 8) 开 始 输 入 数 据 图 8: 在 新 建 结 构 助 手 (New structure assistant) 的 这 一 页, 您 可 以 选 择 输 入 晶 体 结 构 数 据 还 是 分 子 结 构 数 据 对 于 晶 体 结 构 数 据 而 言, 您 必 须 提 供 空 间 群 和 单 胞 参 数 请 务 必 选 中 Crystal structure with cell and space group( 带 有 晶 胞 和 空 间 群 的 晶 体 结 构 ), 图 9: 借 助 当 前 选 中 空 间 群 右 侧 的 补 充 说 明 可 以 选 择 恰 当 的 空 间 群

17 8 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 然 后 点 击 space group( 空 间 群 ) 输 入 位 置 右 侧 的 Browse( 浏 览 ) 按 钮 在 打 开 的 对 话 框 中, 请 选 择 空 间 群 P (152) ( 图 9) 并 点 击 OK( 确 定 ) 该 空 间 群 名 称 将 被 自 动 复 制 到 新 建 结 构 助 手 (New structure assistant) 的 相 应 位 置 随 后 请 输 入 单 胞 参 数 a = Å 和 c = 5.17 Å( 所 有 由 空 间 群 确 定 的 输 入 区 域 将 被 自 动 禁 用 ) 最 后, 将 对 话 框 底 部 的 Title of the new structure( 新 结 构 标 题 ) 改 为 Quartz low( 低 温 石 英 ), 因 为 该 数 据 对 应 低 温 下 的 石 英 结 构 现 在, 您 的 窗 口 显 示 应 该 类 似 于 图 10 图 10: 新 建 结 构 的 空 间 群 单 胞 参 数 和 标 题 已 经 输 入 请 点 击 Next( 下 一 步 ) 进 入 新 建 结 构 助 手 (New structure assistant) 的 下 一 页, 这 里 您 需 要 输 入 原 子 参 数 ( 元 素 氧 化 态 以 及 配 位 数 ) 首 先 需 要 输 入 的 元 素 是 Si, 在 该 化 合 物 中 的 氧 化 态 为 +4 每 个 元 素 的 氧 化 态 必 须 紧 接 其 元 素 符 号 写 出, 因 此 请 在 Atom( 原 子 ) 输 入 区 域 中 按 si+4 格 式 输 入 然 后 请 按 键 盘 上 的 <Tab> 键 切 换 到 下 一 输 入 区 域 x/a, 在 此 输 入 并 继 续 按 <Tab> 键 切 换 到 y/b, 然 后 输 入 0, 在 z/c 中 输 入 这 样 就 完 成 了 硅 原 子 的 所 有 数 据 输 入, 点 击 右 侧 的 Add( 添 加 ) 按 钮 ( 或 者 按 键 盘 上 的 回 车 键 ) 将 数 据 添 加 到 下 面 的 表 格 ( 图 11) 图 11: 第 一 个 原 子 的 原 子 参 数 (Si+4 (0.4487,0.0,0.3333)) 已 经 输 入 现 在 您 需 要 输 入 第 二 个 原 子 (O-2) 的 参 数 输 入, 即 O-2 (0.367,0.2952,0.2427), 按 照 上 面 描 述 的 步 骤 输 入 即 可 当 您 输 入 完 点 击 Add( 添 加 ) 按 钮 之 后, 请 对 比 您 计 算 机 上 的 显

18 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 9 示 窗 口 和 图 12 之 后 请 点 击 Next( 下 一 步 ) 进 入 新 建 结 构 助 手 (New structure assistant) 的 最 后 一 页 在 这 里 您 可 以 选 择 是 否 以 及 如 何 为 您 刚 才 输 入 的 数 据 绘 制 晶 体 结 构 图 在 教 程 的 前 一 部 分 中, 图 像 由 DIAMOND 自 动 绘 制, 而 这 里 您 将 学 习 如 何 通 过 结 构 图 绘 制 助 手 (Structure picture creation assistant, 提 供 绘 制 晶 体 结 构 图 最 常 用 的 选 项 ) 半 手 动 地 绘 制 晶 体 图 我 们 建 议 您 一 直 使 用 该 功 能 直 到 您 已 经 积 累 足 够 经 验 并 且 能 借 助 菜 单 或 者 工 具 栏 按 钮 完 成 各 单 独 步 骤 请 确 认 选 中 Start structure picture( 开 始 绘 制 结 构 图 ) 和 Launch the Structure Picture Creation Assistant( 运 行 结 构 图 绘 制 助 手 ) 左 侧 的 复 选 框, 然 后 点 击 Finish( 完 成 ) 图 12: 石 英 结 构 的 不 对 称 单 元 中 的 两 种 原 子 的 原 子 参 数 均 已 经 输 入 请 注 意 目 前 背 景 中 的 结 构 图 像 还 是 空 白 的 ; 您 需 要 根 据 刚 输 入 的 晶 体 结 构 数 据 构 建 一 个 结 构 模 型 这 是 DIAMOND 理 念 中 的 核 心 部 分, 我 们 将 在 下 一 章 ( 第 17 页 ) 做 更 详 细 的 介 绍 New Structure Assistant( 新 结 构 助 手 ) 对 话 框 关 闭 后 紧 接 着 会 出 现 一 幅 新 图 像 ( 空 白 图 像 ), 同 时 Structure Picture Creation Assistant( 结 构 图 像 绘 制 助 手 ) 对 话 框 将 打 开 该 对 话 框 首 页 提 供 了 清 除 结 构 图 中 当 前 所 有 对 象 的 选 项, 当 然 这 仅 适 用 于 在 调 出 Structure 图 13: 构 建 结 构 模 型 的 第 一 步 是 选 择 需 要 显 示 的 原 子 Structure Picture Creation Assistant ( 结 构 图 像 绘 制 助 手 ) 的 第 二 页 提 供 了 用 于 该 操 作 的 各 种 选 项

19 10 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 Picture Creation Assistant( 结 构 图 像 绘 制 助 手 ) 前 已 经 有 其 他 结 构 图 存 在 的 情 形 在 本 示 例 中, 图 像 仍 然 为 空 白, 因 此 您 只 需 要 点 击 Next( 下 一 步 ) 直 接 到 该 对 话 框 的 下 一 页 ( 图 13) Structure Picture Creation Assistant( 结 构 图 像 绘 制 助 手 ) 不 仅 可 以 用 于 绘 制 新 的 结 构 图, 还 能 够 修 改 现 有 的 结 构 图 一 般 情 况 下, 您 可 以 从 Picture( 图 像 ) 菜 单 下 的 Guidance( 向 导 ) 子 菜 单 中 选 择 Picture Creation Assistant...( 图 像 绘 制 助 手 ) 命 令 来 调 用 该 功 能 通 常 情 况 下, 绘 制 结 构 图 的 第 一 件 事 是 规 定 要 显 示 的 原 子 Structure Picture Creation Assistant( 结 构 图 像 绘 制 助 手 ) 的 第 二 页 提 供 了 最 常 用 的 方 法 您 应 该 根 据 化 合 物 的 具 体 情 况 选 择 不 同 的 方 法 在 本 示 例 中, 我 们 希 望 在 每 个 方 向 都 填 充 两 个 晶 胞, 因 此 请 选 择 Fill cell range with atoms( 填 充 原 子 到 晶 胞 范 围 ), 然 后 在 组 合 框 Range( 范 围 ) 中 选 择 2 x 2 x 2 cells(2 x 2 x 2 晶 胞 ) ( 图 14) 随 后, 点 击 Next( 下 一 步 ) 到 该 对 话 框 的 第 三 页 图 14:DIAMOND 将 填 充 原 子 到 八 个 晶 胞 ( 每 个 方 向 两 个 晶 胞 ) 中 原 子 之 间 将 通 过 化 学 键 连 接 ( 根 据 当 前 的 连 接 性 设 置 ), 同 时 晶 胞 边 界 也 将 显 示 出 来 这 一 页 专 门 用 于 补 全 在 前 一 页 中 所 创 建 原 子 所 属 的 结 构 碎 片 在 本 示 例 中, 我 们 希 望 在 Si 原 子 周 围 绘 制 多 面 体 : 请 取 消 选 择 Fill coordination spheres( 填 充 配 位 层 ), 取 而 代 之 的 是 选 中 复 选 框 Create polyhedra around( 在 周 围 绘 制 多 面 体 ) 随 后, 在 Central atom elments 图 15: 我 们 希 望 DIAMOND 在 由 前 一 页 面 选 项 创 建 出 的 Si 原 子 周 围 绘 制 多 面 体 ( 中 心 原 子 种 类 ) 的 右 侧 输 入 Si 除 此 之 外, 请 确 认 已 经 选 中 对 话 框 顶 部 的 Create cell

20 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 11 edges( 绘 制 晶 胞 边 界 ) 和 Connect atoms 连 接 原 子 两 个 复 选 框 请 不 要 选 中 其 他 任 何 选 项 ( 图 15) 最 后, 点 击 Next( 下 一 步 ) 这 里 介 绍 的 仅 仅 是 DIAMOND 中 几 种 绘 制 多 边 形 的 方 法 之 一 其 他 的 方 法 还 包 括 在 结 构 图 中 选 中 一 个 中 心 原 子 及 其 配 位 原 子 后, 执 行 Build/Polyhedra( 构 建 / 多 面 体 ) 子 菜 单 下 的 Construct polyhedron ( 创 建 多 面 体 ) 命 令, 或 者 使 用 Build/Polyhedra.../Add polyhedra( 构 建 / 多 面 体 / 添 加 多 面 体 ) 对 话 框, 在 这 里 您 可 以 分 别 规 定 中 心 原 子 和 配 位 原 子 Structure Picture Creation Assistant( 结 构 图 像 绘 制 助 手 ) 的 前 两 页 基 本 专 门 用 于 构 建 结 构 模 型 (building up the structural model, 有 时 也 称 为 creation of primary atoms( 创 建 基 本 原 子 ) ), 第 四 页 则 提 供 了 规 定 图 像 设 计 (design) 的 一 些 功 能 例 如, 您 可 以 把 模 型 从 Balls and Sticks( 球 棍 模 型 ) 更 改 为 Wires( 线 型 模 型 ) 或 者 Space filling( 比 例 填 充 模 型 ), 选 择 屏 幕 布 局 ( 屏 幕 显 示 或 者 A4 纸 张 ) 以 及 规 定 显 示 质 量 ( 渲 染 等 ) 该 页 面 的 一 个 重 要 选 项 是 Avoid duplicate atom main colors( 避 免 重 复 的 原 子 主 色 ), 通 常 在 绘 制 新 图 像 的 时 候 应 当 选 中 该 选 项 我 们 将 使 用 该 页 面 的 默 认 设 置, 因 此 直 接 点 击 Next( 下 一 步 ) 进 入 下 一 页 面 在 这 里 您 可 以 选 择 观 察 结 构 模 型 的 方 式 例 如, 您 可 以 选 择 沿 某 一 晶 胞 轴 查 看 : 请 选 择 [001] Projection (view along c axis)([001] 投 影 面, 沿 c 轴 查 看 ), 通 常 比 较 适 合 观 察 单 斜 晶 系 b 轴 的 情 形 请 从 查 看 方 向 (Viewing direction) 组 合 框 中 选 择 (No change)( 无 变 化 ) 本 页 上 最 后 一 个 选 项 也 非 常 重 要 ; 通 常 您 应 该 选 择 Adjust enlargement factor and position to fit picture in drawing area( 调 整 放 大 系 数 和 位 置 使 图 像 适 应 绘 图 区 域 ) 以 便 完 整 的 结 构 模 型 能 够 自 动 地 以 最 大 尺 寸 显 示 随 后, 请 点 击 Finish( 完 成 ) 结 构 图 将 根 据 之 前 确 定 的 选 项 绘 出 ( 图 16) 图 16: 通 过 Structure Picture Creation Assistant( 结 构 图 像 绘 制 助 手 ), 您 已 经 成 功 绘 制 了 第 一 幅 结 构 模 型 图 祝 贺 您! 您 已 经 独 立 绘 制 了 第 一 幅 晶 体 结 构 图! 但 是, 请 不 要 急 着 关 闭 这 幅 图 像 : 下 面 还 需 要 做 的 是 根 据 您 的 要 求 调 整 图 像 的 设 置, 我 们 将 在 下 一 章 继 续

21 12 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 调 整 图 像 设 计 在 这 部 分 教 程 中 您 将 学 习 到 : 如 何 根 据 您 的 需 要 更 改 图 像 设 计 ( 如 原 子 颜 色 ) 无 限 制 的 撤 销 / 重 复 功 能 如 何 能 够 帮 助 您 找 到 最 好 的 解 决 方 案 如 何 更 改 结 构 模 型 的 取 向 在 前 一 章 中, 您 已 经 创 建 了 石 英 的 结 构 模 型 现 在 让 我 们 看 看 如 何 通 过 更 改 模 型 的 设 计 来 突 出 您 希 望 向 听 众 展 示 的 部 分 我 们 将 接 着 前 一 章 结 束 时 得 到 的 晶 体 结 构 图 继 续 请 注 意 从 现 在 开 始, 我 们 将 不 会 在 结 构 图 中 提 供 整 个 DIAMOND 窗 口 的 内 容 除 此 之 外, 我 们 将 以 白 背 景 显 示 实 际 结 构 图 的 内 容, 这 样 更 适 合 于 打 印 和 阅 读 当 然, 和 前 面 的 教 程 一 样, 您 计 算 机 屏 幕 上 的 结 构 图 背 景 依 然 将 是 黑 色 背 景 绘 制 结 构 图 的 目 标 是 向 听 众 展 示 石 英 晶 体 结 构 的 各 个 不 同 方 面 在 这 种 情 况 下, 最 好 能 够 使 晶 体 结 构 的 不 同 部 分 以 不 同 的 模 型 显 示, 每 部 分 着 重 不 同 的 方 面 ( 如 原 子 堆 积 3D 网 络 以 及 局 部 原 子 环 境 等 ) 第 一 步 我 们 将 以 比 例 填 充 模 型 ( 而 非 默 认 设 置 的 球 棍 模 型 ) 显 示 右 下 方 顶 点 处 的 某 些 原 子 首 先 需 要 做 的 是 选 中 需 要 更 改 displaying model( 显 示 模 型 ) 的 原 子 请 在 结 构 图 内 右 下 方 顶 点 处 按 住 鼠 标 左 键, 然 后 向 左 移 动 鼠 标, 这 时 在 屏 幕 上 将 出 现 一 个 矩 形 选 框, 并 随 鼠 标 移 动 改 变 大 小 当 鼠 标 光 标 接 近 结 构 图 中 心 的 时 候, 松 开 鼠 标 左 键 ; 在 矩 形 选 框 内 的 所 有 原 子 均 被 选 中 ( 被 选 中 后 的 原 子 外 围 将 出 现 黄 / 蓝 色 边 框, 图 17) 图 17: 右 下 方 顶 点 处 外 围 带 有 黄 / 蓝 色 边 框 的 原 子 表 示 它 们 已 经 被 选 中 请 注 意 上 面 关 于 结 构 图 背 景 颜 色 的 注 解 现 在 需 要 更 改 显 示 模 型 的 原 子 已 经 被 选 中, 请 从 Pciture( 图 像 ) 菜 单 下 选 择 Model and Radii...( 模 型 和 半 径 ) 命 令 Build( 构 建 ) 菜 单 提 供 了 用 于 构 建 结 构 模 型 ( 如 添 加 原 子 或 化 学 键 ) 的 各 种 命 令, 而 Picture ( 图 像 ) 菜 单 则 提 供 用 于 更 改 个 别 原 子 设 计 甚 至 是 整 幅 结 构 图 的 各 种 命 令 Objects( 对 象 ) 菜 单 下 的 相 应 命 令 则 可 用 于 添 加 各 种 抽 象 对 象 ( 如 平 面 原 子 矢 量 或 标 签 )

22 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 13 请 在 顶 部 的 组 合 框 Model( 模 型 ) 中 选 择 Space-filling( 比 例 填 充 模 型 ), 然 后 点 击 OK ( 确 定 ) 这 时 结 构 图 中 的 被 选 中 原 子 将 以 比 例 填 充 模 型 的 半 径 显 示 原 子 周 围 选 择 标 记 框 仍 然 存 在, 因 此 请 按 键 盘 上 的 <Esc> 键 取 消 选 择 并 清 除 边 框 ( 图 18) 图 18: 在 上 一 步 中 被 选 中 的 原 子 现 在 正 以 比 例 填 充 模 型 显 示 现 在 来 总 结 一 下 结 构 图 的 情 况 : 一 部 分 图 像 以 顶 点 相 连 的 SiO 4 四 面 体 的 形 式 表 示 石 英 的 晶 体 结 构, 另 一 部 分 则 以 比 例 填 充 模 型 表 示 原 子 堆 积 的 特 点 第 三 种 形 式 则 是 通 过 以 共 价 键 相 连 的 原 子 构 成 的 三 维 网 络 来 描 述 石 英 的 晶 体 结 构 因 此, 我 们 将 把 一 部 分 结 构 图 变 为 wires/sticks( 线 型 / 棍 型 模 型 ) 来 深 化 这 种 表 现 形 式 请 模 仿 前 一 步 操 作 在 结 构 图 中 央 位 置 画 出 一 个 矩 形 选 框 ( 点 击 鼠 标 左 键, 移 动 鼠 标 直 到 矩 形 选 框 覆 盖 了 希 望 选 中 的 所 有 对 象, 然 后 松 开 鼠 标 左 键 ) 将 显 示 模 型 更 改 为 wires/sticks( 线 型 / 棍 型 模 型 ) 之 前, 我 们 必 须 先 清 除 矩 形 选 框 内 的 所 有 多 面 体 以 使 实 际 的 化 学 键 变 为 可 见 : 请 从 Build( 构 建 ) 菜 单 下 的 Destroy( 清 除 ) 子 菜 单 中 选 择 Polyhedra( 多 面 体 ) 命 令 这 样, 之 前 被 多 面 体 表 面 所 遮 蔽 的 原 子 和 化 学 键 现 在 均 变 为 可 见 形 式 请 注 意 这 些 原 子 仍 然 处 于 选 中 状 态 ( 图 19)! 图 19: 在 结 构 图 的 中 央 位 置, 清 除 部 分 多 面 体 后 相 应 的 化 学 键 变 为 可 见 形 式 现 在 您 可 以 直 接 更 改 选 中 原 子 的 显 示 模 型 : 请 从 Picture( 图 像 ) 菜 单 下 打 开 Model and Radii...( 模 型 和 半 径 ) 对 话 框, 然 后 在 对 话 框 顶 部 的 组 合 框 中 选 择 Wires/Sticks( 线 型 / 棍 型 模 型 ) 随 后 点 击 OK( 确 定 ) ( 这 时 对 话 框 将 关 闭, 再 按 下 <Esc> 键 取 消 当 前 选 择

23 14 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 这 时 您 会 发 现, 由 四 配 位 原 子 (Si) 和 二 配 位 原 子 (O) 构 成 的 三 维 网 络 清 晰 可 见 ( 图 20) 图 20: 同 一 幅 晶 体 结 构 图 中 的 三 种 显 示 模 型 揭 示 了 石 英 晶 体 结 构 特 点 的 不 同 方 面 我 们 姑 且 认 为 您 对 现 在 得 到 的 图 像 还 不 是 很 满 意 青 色 的 Si 原 子 显 得 有 点 太 过 显 眼 ; 也 许 换 种 颜 色 效 果 会 更 好 为 了 更 改 对 象 ( 即 原 子 ) 设 计 ( 此 处 为 颜 色 ), 首 先 需 要 选 中 对 象 您 已 经 练 习 过 用 鼠 标 在 结 构 图 中 选 中 原 子, 但 是 这 种 方 法 对 现 在 的 情 况 而 言 可 能 略 显 复 杂 我 们 希 望 更 改 所 有 Si+4 原 子 的 颜 色, 或 者 换 句 话 说, 更 改 Si+4 原 子 组 的 设 计 ( 颜 色 ) DIAMOND 根 据 原 子 参 数 列 表 创 建 原 子 组 : 具 有 相 同 元 素 符 号 ( 此 处 为 Si) 和 相 同 氧 化 态 ( 此 处 为 +4) 将 被 分 配 为 同 一 组 原 子 ( 至 少 按 照 默 认 设 置 如 此 ) 当 您 更 改 一 个 原 子 组 的 设 计, 属 于 该 原 子 组 所 有 原 子 的 个 别 设 计 都 将 被 更 改 当 然, 您 也 可 以 更 改 个 别 原 子 的 设 计, 例 如 在 结 构 图 中 右 击 某 个 原 子, 并 在 弹 出 菜 单 中 选 择 Edit.../Atom design( 编 辑 / 原 子 设 计 ) 命 令 请 从 Picture( 图 像 ) 菜 单 中 选 择 Atom design...( 原 子 设 计 ) 命 令 随 后 将 弹 出 Atom Group Design( 原 子 组 设 计 ) 对 话 框 ( 图 21) 图 21: 在 Atom Group Design( 原 子 组 设 计 ) 对 话 框 中, 您 可 以 更 改 在 对 话 框 左 上 方 选 中 的 原 子 组 下 所 有 原 子 的 设 计 ( 颜 色 和 半 径 等 ) 请 在 对 话 框 左 侧 选 中 希 望 更 改 颜 色 的 原 子 组 (Si+4), 并 选 中 Update atoms( 更 新 原 子 ) 复 选 框, 然 后 点 击 Fill( 填 充 色 ) 下 面 的 Color( 颜 色 ) 按 钮 这 时 将 弹 出 颜 色 选 择 面 板 ; 请 选 择 ( 点 击 ) 颜 色 表 左 上 角 处 的 棕 色 然 后 点 击 OK( 确 定 ) 关 闭 Atom Group Design ( 原 子 组 设 计 ) 对 话 框 即 可 现 在 所 有 的 Si+4 原 子 颜 色 均 变 为 棕 色 在 Atom Group Design( 原 子 组 设 计 ) 或 Atom Design( 原 子 设 计 ) 对 话 框 中, 不 仅 可 以 更 改 原

24 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 15 子 颜 色, 而 且 还 可 以 更 改 各 种 其 他 设 置, 包 括 原 子 样 式 不 同 的 原 子 显 示 模 型 半 径 材 料 属 性 ( 在 绘 制 POV-Ray 图 像 的 时 候 尤 其 有 用, 参 考 第 43 页 ) 等 等 但 是 当 您 仔 细 观 察 图 像 的 时 候, 您 很 可 能 意 识 到 棕 色 并 不 是 个 很 好 的 选 择 与 氧 原 子 的 红 色 对 比 不 够 鲜 明 看 来 撤 销 上 一 步 对 更 改 Si+4 原 子 颜 色 操 作 会 更 好 些, 通 过 以 下 途 径 可 以 轻 易 实 现 : 从 Edit( 编 辑 ) 菜 单 下 选 择 Undo( 撤 销 ) 命 令, 或 直 接 点 击 工 具 栏 上 相 应 的 按 钮, 又 或 者 按 键 盘 上 的 <Ctrl+Z> 组 合 键 请 按 此 操 作 将 Si+4 原 子 颜 色 恢 复 为 为 青 色 尽 管 最 初 看 来 undo( 撤 销 ) 功 能 可 能 并 不 是 那 么 重 要, 但 它 确 实 是 DIAMOND 中 最 常 用 的 功 能 之 一! 请 您 牢 记 撤 销 命 令 不 仅 可 以 返 回 上 一 步 操 作 前 的 状 态, 还 能 够 逐 步 返 回 到 初 始 状 态 除 了 您 计 算 机 内 存 容 量 的 限 制,DIAMOND 并 不 限 制 撤 销 操 作 的 步 骤 数 除 了 undo( 撤 销 ) 功 能 以 外, 您 还 可 以 实 现 撤 销 的 逆 操 作 : 可 以 不 限 步 骤 数 的 redo( 重 做 ), 即 返 回 到 上 一 次 撤 销 操 作 前 的 状 态 借 助 撤 销 和 重 做 功 能, 您 可 以 前 后 自 如 地 浏 览 结 构 图 的 修 改 情 况, 这 使 得 修 改 图 像 和 选 择 方 案 变 得 非 常 容 易 我 们 现 在 给 Si+4 原 子 再 换 个 不 同 的 颜 色 比 如 说 蓝 色, 请 再 次 从 Picture( 图 像 ) 菜 单 中 选 择 Atom design...( 原 子 设 计 ) 命 令, 确 保 在 对 话 框 左 侧 选 中 了 Si+4, 然 后 点 击 对 话 框 中 央 相 应 按 钮 打 开 颜 色 选 择 面 板 随 后, 当 鼠 标 指 针 在 颜 色 选 择 面 板 上 移 动 的 时 候, 请 在 工 具 提 示 的 引 导 下, 在 当 前 颜 色 cyan( 青 色 ) 的 右 上 方 选 择 light blue( 淡 蓝 色 ) 最 后, 点 击 OK( 确 定 ) 关 闭 Atom Group Design( 原 子 组 设 计 ) 对 话 框 现 在 Si 原 子 和 O 原 子 间 的 颜 色 对 比 已 经 足 够 鲜 明 了 当 您 查 看 结 构 模 型 的 时 候, 可 能 会 觉 得 还 不 够 完 全 满 意 图 像 中 的 晶 胞 边 界 可 能 并 不 适 合 出 现 在 您 的 演 示 中 您 可 以 从 Build( 构 建 ) 菜 单 中 选 择 Destroy/All cell edges( 清 除 / 所 有 晶 胞 边 界 ) 命 令 来 删 除 这 些 晶 胞 边 界 执 行 命 令 后 的 效 果 如 图 22 所 示 图 22: Si+4 原 子 组 中 的 所 有 原 子 颜 色 已 经 变 为 蓝 色 此 外, 晶 胞 边 界 也 已 经 被 删 除 ( destroyed ( 清 除 )) 以 便 更 好 地 显 示 晶 体 结 构 特 点 的 不 同 方 面 现 在 我 们 已 经 完 成 结 构 图 的 绘 制 但 是 为 了 向 听 众 展 示 这 幅 图, 您 可 能 需 要 旋 转 一 下 结 构 模 型 来 确 定 最 佳 的 视 角 请 从 Move( 移 动 ) 菜 单 中 选 择 Rotate along x-/y-axis( 沿 x 轴 或 y 轴 旋 转 ) 命 令 ( 或 点 击 底 部 工 具 栏 上 的 相 应 按 钮 ) 以 切 换 到 所 谓 的 tracking mode( 跟 踪 模 式 ), 这 时 鼠 标 光 标 将 变 成 另 外 一 种 形 式 随 后 在 结 构 图 内 按 住 鼠 标 左 键 并 移 动 鼠 标 ; 结 构 图 将 随 着 鼠 标 移 动 而 旋 转 当 您 找 到 合 适 的 取 向 之 后, 请 松 开 左 键 最 后, 请 从 Move( 移 动 ) 菜 单 中 选 择 (no tracking)( 无 跟 踪 ) 命 令 返 回 到 正 常 的 selection( 选 择 ) 模 式

25 16 DIAMOND 教 程 A: 入 门 示 例 DIAMOND 还 可 以 实 现 让 结 构 模 型 绕 一 条 或 几 条 轴 连 续 旋 转 例 如, 您 可 以 通 过 鼠 标 轻 易 地 推 动 结 构 模 型 旋 转 6 : 请 点 击 底 部 工 具 栏 上 相 应 按 钮 激 活 所 谓 的 Spin mode( 旋 转 模 式 ), 之 后 再 通 过 点 击 底 部 工 具 栏 上 相 应 按 钮 切 换 到 Rotate along x-/y-axis( 沿 x 轴 或 y 轴 旋 转 ) 跟 踪 模 式 现 在 您 就 可 以 推 动 模 型 旋 转 了 : 在 结 构 图 内 移 动 鼠 标, 按 住 鼠 标 左 键 不 放 的 同 时, 在 某 方 向 上 迅 速 移 动 鼠 标 最 后 松 开 鼠 标 左 键 图 像 中 的 结 构 模 型 将 开 始 按 照 您 刚 才 移 动 鼠 标 的 方 向 绕 x 轴 和 y 轴 旋 转 所 谓 view coordinate system( 观 察 坐 标 系 ) 中 的 x 轴 指 的 是 屏 幕 平 面 中 的 水 平 轴,y 轴 则 是 该 平 面 中 的 垂 直 轴,z 轴 则 由 屏 幕 内 指 向 屏 幕 外 并 分 别 与 x 轴 和 y 轴 垂 直 您 可 以 按 以 上 步 骤 重 复 鼠 标 推 动 操 作 轻 易 地 旋 转 结 构 模 型 鼠 标 指 针 距 离 旋 转 中 心 越 近, 旋 转 的 速 度 就 越 慢, 反 之 亦 然 如 果 您 希 望 停 止 旋 转, 只 需 要 从 Move( 移 动 ) 菜 单 中 选 择 Stop motion( 停 止 运 动 ) 命 令 即 可, 或 者 点 击 底 部 工 具 栏 上 的 相 应 按 钮 随 后, 您 还 需 要 禁 用 Spin mode( 旋 转 模 式 ) ( 再 次 点 击 相 应 按 钮 ) 以 防 止 在 后 面 的 跟 踪 操 作 中 出 现 意 外 另 外, 请 从 Picture( 图 像 ) 菜 单 中 选 择 Viewing Direction...( 查 看 方 向 ) 命 令 并 在 对 话 框 顶 部 的 View along axis( 沿 旋 转 轴 查 看 ) 矩 形 框 中 点 击 c 按 钮, 最 后 点 击 Close ( 关 闭 ), 这 样 就 返 回 默 认 的 结 构 查 看 模 式 这 部 分 教 程 的 最 后 一 步 是 将 您 绘 制 的 结 构 图 生 成 印 刷 出 版 物 用 图 : 要 想 在 印 刷 出 版 物 中 插 入 一 幅 由 DIAMOND 绘 制 的 正 常 结 构 图 并 确 保 足 够 的 印 刷 质 量, 即 便 在 今 日 也 是 一 件 非 常 困 难 的 事 情 这 种 情 况 下, 我 们 推 荐 您 使 用 DIAMOND 中 不 进 行 任 何 渲 染 的 所 谓 flat mode ( 平 面 模 式 ) 在 该 模 式 下, 结 构 图 看 起 来 更 像 是 一 幅 图 片 而 不 是 渲 染 后 的 球 体 和 管 状 物 体 的 堆 积 请 在 底 部 工 具 栏 的 Representation Settings( 绘 图 设 置 ) 弹 出 菜 单 中 取 消 选 择 ( 禁 用 ) Rendering( 渲 染 ) 选 项 7 或 者, 您 可 以 执 行 Picture( 图 像 ) 菜 单 中 的 Representation... ( 绘 图 设 置 ) 命 令, 在 表 单 的 第 一 行 取 消 选 择 Rendering( 渲 染 ) 复 选 框 并 点 击 OK( 确 定 ) 这 样, 渲 染 (OpenGL) 后 的 结 构 图 将 被 一 幅 看 起 来 更 平 面 的 结 构 图 取 代 ( 图 23) 图 23: 所 谓 flat mode( 平 面 模 式 ) 通 常 比 正 常 的 rendered( 渲 染 ) 或 OpenGL 模 式 更 适 合 印 刷 出 版 物 请 注 意 平 面 模 式 和 渲 染 模 式 一 样 可 以 进 行 编 辑 操 作, 您 可 以 根 据 个 人 喜 好 选 择 不 同 的 模 式, 唯 一 的 区 别 是 平 面 对 象 只 能 在 渲 染 模 式 下 显 示 6 您 还 可 以 从 Move( 移 动 ) 菜 单 中 选 择 Rock'n'Roll( 摇 滚 模 式 ) 命 令, 这 时 您 可 以 通 过 对 话 框 来 规 定 旋 转 轴 和 角 度 7 您 可 以 点 击 相 应 按 钮 / 图 标 右 侧 的 向 下 箭 头 按 钮 打 开 工 具 栏 上 所 谓 的 popup menu( 弹 出 菜 单 )

26 进 阶 指 南 :DIAMOND 的 理 念 17 进 阶 指 南 :DIAMOND 的 理 念 现 在 您 已 经 初 步 尝 试 了 用 DIAMOND 绘 制 晶 体 结 构 图, 我 们 希 望 在 此 插 入 一 段 进 阶 指 南 来 更 详 细 地 阐 释 DIAMOND 的 理 念 稍 等 一 下 不 必 害 怕! 我 们 并 不 会 写 一 大 段 冗 长 而 无 聊 的 文 字 来 介 绍 DIAMOND 背 后 的 每 一 个 概 念 ; 但 是, 了 解 一 些 DIAMOND 的 基 本 理 念 不 仅 将 有 助 于 您 成 功 地 驾 驭 该 软 件, 而 且 将 使 您 能 够 充 分 利 用 它 最 精 妙 的 特 色 功 能 任 务 事 实 上,DIAMOND 的 基 本 任 务 相 当 直 观 : 通 常 来 说, 您 所 掌 握 的 是 晶 体 结 构 的 抽 象 数 字 描 述, 一 般 包 括 单 胞 参 数 空 间 点 群 以 及 原 子 参 数 ( 元 素 种 类 分 数 坐 标 等 ), 以 印 刷 材 料 或 者 文 件 形 式 ( 如 CIF 文 件 ) 存 在 您 希 望 得 到 的 是 能 够 同 时 表 现 整 体 晶 体 结 构 和 晶 体 基 本 构 造 原 理 的 结 构 图, 例 如, 原 子 或 分 子 的 堆 积 形 式 原 子 环 境 晶 体 构 筑 模 块 及 构 筑 模 块 间 的 连 接 方 式 等 对 新 的 或 未 知 的 晶 体 结 构 而 言, 在 绘 制 图 片 前 您 可 能 还 必 须 先 探 究 一 下 晶 体 的 构 造 原 理, 之 后 才 能 够 绘 制 结 构 图 向 科 学 受 众 或 您 的 学 生 展 现 您 的 研 究 结 果 循 序 渐 进 正 如 您 在 前 面 教 程 所 见 到 的 一 样, 使 用 DIAMOND 的 第 一 步 操 作 是 导 入 ( 从 文 件 ) 或 者 手 动 输 入 抽 象 的 晶 体 结 构 数 据 输 入 或 导 入 晶 体 结 构 数 据 后, 图 像 区 域 仍 然 是 一 片 空 白, 也 就 是 说 现 在 还 没 有 结 构 图 ( 至 少 在 您 没 有 选 中 automatic picture creation( 自 动 绘 制 图 片 ) 功 能 的 情 况 下 如 此!) 请 注 意, 特 别 是 对 DIAMOND 早 期 版 本 尚 缺 乏 经 验 的 新 手 用 户, 由 于 这 里 并 没 有 明 显 的 下 一 步 指 示, 有 时 可 能 会 感 到 有 些 困 惑 此 时,DIAMOND 已 经 知 道 了 晶 体 结 构 数 据 中 描 述 的 三 维 无 限 原 子 堆 积 形 式, 但 是 DIAMOND 并 不 知 道 您 需 要 看 到 何 种 形 式 的 晶 体 结 构 因 此, 接 下 来 的 一 步 是 根 据 输 入 / 导 入 的 数 据 绘 制 图 片, 或 者 换 句 话 说, 构 建 结 构 模 型 这 一 步 也 是 非 常 直 观 : 您 需 要 做 的 就 是 告 诉 DIAMOND 显 示 晶 体 结 构 数 据 中 哪 些 原 子 或 部 分 一 旦 您 构 建 好 结 构 模 型 ( 屏 幕 上 显 示 所 有 的 原 子 分 子 以 及 多 面 体 等 ), 您 可 以 修 改 图 像 设 计 ( 例 如 原 子 或 化 学 键 的 颜 色 ) 以 充 分 表 现 您 对 结 构 的 理 解 总 的 来 说, 绘 制 图 片 一 般 需 要 经 过 下 面 这 些 步 骤 : 1. 打 开 包 含 晶 体 结 构 数 据 的 文 件 ( 如 CIF 文 件 )( 菜 单 File/Open( 文 件 / 打 开 ) ), 或 者 手 动 输 入 晶 体 结 构 数 据 ( 菜 单 Structure/New Structure...( 结 构 / 新 建 结 构 ) ) 2. 构 建 您 希 望 得 到 的 结 构 模 型 ( 如 原 子 晶 胞 边 界 等 )( 菜 单 Build( 构 建 ) ) 8 您 可 能 会 希 望 使 用 Picture Creation Assistant ( 图 像 绘 制 助 手 ) 或 者 Create automatically( 自 动 绘 制 ) 功 能 ( 菜 单 Picture/Guidance( 图 像 / 向 导 ) ) 3. 修 改 图 像 的 整 体 设 计 或 者 个 别 对 象 的 设 计 ( 如 原 子 颜 色 等 )( 菜 单 Picture( 图 像 ) ) 当 然, 上 面 的 流 程 介 绍 可 能 略 显 简 要 但 是 DIAMOND 的 操 作 并 非 如 此 死 板! 例 如, 即 便 您 已 经 8 在 结 构 图 中 最 先 绘 制 出 的 原 子 或 者 结 构 部 分 有 时 也 称 为 primary atoms( 基 本 原 子 )

27 18 进 阶 指 南 :DIAMOND 的 理 念 开 始 着 手 图 像 设 计, 您 也 还 可 以 为 当 前 的 结 构 模 型 添 加 新 的 原 子 或 分 子 但 是 上 面 的 简 介 确 实 有 助 于 您 理 解 正 在 进 行 的 工 作 连 接 性 与 过 滤 功 能 当 您 使 用 DIAMOND 绘 制 结 构 图 的 时 候, 请 试 着 设 想 您 正 在 设 法 构 建 结 构 模 型 : 软 件 的 诸 多 功 能 和 设 置 并 不 会 影 响 当 前 的 结 构 模 型, 而 只 是 用 于 后 续 的 构 建 操 作 因 此, 请 把 它 们 当 作 是 模 型 构 建 过 程 中 的 临 时 性 工 具 所 谓 的 连 接 性 (Connectivity) 就 是 一 个 很 典 型 的 例 子 ( 可 以 通 过 Build( 构 建 ) 菜 单 中 的 相 应 命 令 或 工 具 栏 上 的 相 应 按 钮 进 行 设 定 ): 在 连 接 性 对 话 框 中, 您 可 以 定 义 原 子 间 距, DIAMOND 将 根 据 原 子 间 距 来 确 定 某 原 子 是 否 在 另 外 一 个 原 子 的 配 位 层 中, 或 者 换 句 话 说, 确 定 哪 些 原 子 是 通 过 化 学 键 相 连 的 每 对 原 子 组 间 的 原 子 间 距 ( 即 所 谓 bond groups( 化 学 键 组 ) ) 可 以 单 独 进 行 调 整 当 您 为 每 个 化 学 键 组 定 义 了 合 适 的 原 子 间 距 之 后, 您 就 可 以 轻 易 地 完 成 绘 制 多 面 体 在 原 子 参 数 列 表 中 自 动 检 查 找 分 子 以 及 填 充 配 位 层 等 构 建 操 作 当 您 执 行 了 上 述 构 建 操 作 之 后, 您 可 以 为 下 次 构 建 操 作 更 改 Connectivity( 连 接 性 ) 设 置, 而 不 会 影 响 当 前 的 结 构 模 型 另 一 个 例 子 则 是 过 滤 (Filter) ( Build( 构 建 ) 菜 单 中 ): 过 滤 命 令 允 许 您 排 除 从 参 数 列 表 中 选 中 的 原 子 或 从 手 动 构 建 操 作 中 临 时 选 中 的 对 称 操 作 一 旦 您 定 义 了 过 滤 设 置, 下 次 构 建 操 作 ( 如 填 充 晶 胞 等 ) 将 不 会 把 已 排 除 的 原 子 和 对 称 操 作 考 虑 在 内 但 是 当 构 建 操 作 执 行 之 后, 您 完 全 可 以 更 改 甚 至 禁 用 过 滤 设 置, 而 不 会 对 当 前 的 结 构 图 造 成 任 何 影 响 请 注 意 不 要 将 Filter( 过 滤 ) 设 置 ( Build( 构 建 ) 菜 单 ) 和 Hide( 隐 藏 ) ( Picture( 图 像 ) 菜 单 ) 功 能 混 为 一 谈 : 使 用 过 滤 设 置, 您 可 以 规 定 哪 些 原 子 对 称 操 作 等 将 参 与 接 下 来 的 构 建 操 作 ( 例 如 填 充 配 位 层 ), 而 隐 藏 功 能 则 仅 仅 影 响 已 经 在 结 构 图 中 显 示 的 对 象 但 是, 这 两 条 命 令 也 有 相 同 之 处, 那 就 是 它 们 都 仅 仅 是 临 时 性 命 令, 也 就 是 说 结 果 并 不 会 储 存 到 DIAMOND 文 档 文 件 中 : 如 果 您 保 存 某 个 DIAMOND 文 档, 之 后 打 开 继 续 绘 制 结 构 图, 过 滤 和 隐 藏 这 两 项 功 能 都 将 处 于 禁 用 状 态, 且 并 不 取 决 于 上 次 保 存 文 档 时 这 两 项 功 能 的 状 态 探 究 未 知 晶 体 结 构 如 果 您 的 数 据 来 自 于 新 的 未 知 晶 体 结 构, 想 马 上 就 绘 制 出 能 够 展 现 其 构 造 原 理 的 结 构 图 可 能 非 常 困 难 这 时, 您 首 先 需 要 利 用 DIAMOND 的 各 项 功 能 来 探 究 新 的 晶 体 结 构 例 如, 您 或 许 想 先 考 察 一 下 个 别 原 子 的 原 子 环 境, 随 后 再 研 究 一 下 晶 体 构 筑 模 块 的 三 维 堆 积 情 况 一 般 来 说, 探 究 新 晶 体 结 构 的 第 一 步 是 观 察 各 原 子 间 的 原 子 间 距 通 过 将 实 际 原 子 间 距 和 典 型 原 子 间 距 进 行 对 比 可 以 确 定 化 学 键 间 距 和 配 位 层 ( 即 所 谓 Connectivity( 连 接 性 ), 请 参 看 上 一 部 分 ) 一 旦 这 些 原 子 间 距 固 定 下 来, 您 可 以 从 某 个 原 子 开 始 着 手, 为 该 原 子 添 加 配 位 原 子, 将 新 创 建 的 原 子 作 为 新 的 出 发 点 等 等 通 过 以 上 操 作, 您 可 以 以 一 个 原 子 作 为 起 点 构 建 出 完 整 的 晶 体 结 构 您 将 一 步 步 地 了 解 到 原 子 环 境 和 原 子 连 接 情 况, 有 助 于 充 分 理 解 基 本 的 晶 体 结 构 构 造 原 理 总 的 来 说, 对 未 知 的 晶 体 结 构 而 言, 您 应 该 按 照 以 下 步 骤 绘 制 晶 体 结 构 图 : 1. 导 入 或 输 入 晶 体 结 构 数 据 2. 参 照 原 子 间 距 统 计 数 据, 根 据 实 际 原 子 间 距 检 验 连 接 性 3. 通 过 创 建 个 别 原 子 构 建 结 构 碎 片, 并 逐 步 地 填 充 配 位 层, 直 到 您 能 够 理 解 晶 体 构 造

28 进 阶 指 南 :DIAMOND 的 理 念 19 原 理 为 止 4. 绘 制 能 够 清 楚 地 展 现 晶 体 构 造 原 理 的 结 构 图 我 们 将 在 第 25 页 演 示 如 何 探 究 未 知 晶 体 结 构 晶 体 结 构 图 的 使 用 当 您 绘 制 完 晶 体 结 构 图 之 后, 您 可 以 通 过 以 下 几 种 方 式 直 接 使 用 或 导 出 : 复 制 图 像 到 剪 贴 板 ( Edit/Copy( 编 辑 / 复 制 ) 菜 单 ) 并 粘 贴 到 其 他 应 用 程 序 中 ( 如 Microsoft Word 或 PowerPoint) 保 存 ( 导 出 ) 为 图 形 文 件 ( 如 JPEG BMP 等 )( File/Save As( 文 件 / 另 存 为 ) 菜 单 ) 您 可 以 从 Picture( 图 像 ) 菜 单 中 打 开 Layout( 布 局 ) 对 话 框 来 调 整 图 像 格 式 和 分 辨 率 打 印 图 像 ( File/Print( 文 件 / 打 印 ) 菜 单 ) 使 用 POV-Ray 绘 制 实 景 图 像 ( Tools/POV-Ray( 工 具 /POV-Ray) 菜 单 ) 除 了 绘 制 图 像 以 外, 您 还 可 以 在 DIAMOND 中 录 制 视 频 ( Tools/Video Sequence( 工 具 / 视 频 ) 菜 单 ): 在 录 制 视 频 模 式 中, 当 您 移 动 或 旋 转 结 构 模 型 的 时 候,DIAMOND 将 同 时 截 取 屏 幕 快 照 ( 类 似 于 动 画 制 作 的 过 程 ) 最 后 将 生 成 所 谓 的 AVI 文 件, 您 可 以 将 该 文 件 导 入 Microsoft PowerPoint 用 来 表 现 某 种 动 态 效 果 当 然, 您 几 乎 可 以 在 任 何 一 台 计 算 机 上 通 过 Windows Media Player 等 播 放 软 件 直 接 观 看 AVI 文 件 如 果 您 使 用 的 是 Windows Xp 操 作 系 统, 那 么 您 还 可 以 通 过 Windows Movie Maker 来 编 辑 您 的 视 频 文 件, 如 添 加 标 题 渐 变 效 果 等

29 20 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 分 子 结 构 在 这 部 分 教 程 中 您 将 学 习 到 : 如 何 在 DIAMOND 中 展 示 分 子 结 构 如 何 简 单 地 绘 制 晶 体 堆 积 图 如 何 进 行 几 何 学 研 究, 如 测 量 距 离 和 角 度 在 这 部 分 教 程 中, 您 将 学 习 到 如 何 利 用 DIAMOND 展 示 分 子 结 构 首 先 您 需 要 做 的 就 是 从 CIF 文 件 中 导 入 晶 体 结 构 : 如 果 还 没 有 打 开 DIAMOND, 请 先 启 动 软 件 随 后, 请 从 File ( 文 件 ) 菜 单 中 选 择 Open( 打 开 ) 命 令, 请 将 对 话 框 底 部 的 文 件 类 型 设 定 为 CIF (*.cif), 然 后 选 择 DIAMOND 程 序 文 件 夹 下 的 Tutorial 子 文 件 夹 ( 例 如 C:\Program Files\Diamond 3\Tutorial ) 中 的 pyrene.cif 最 后 请 点 击 Open( 打 开 ), 并 逐 步 完 成 File Import Assistant ( 文 件 导 入 助 手 ) 在 File Import Assistant( 文 件 导 入 助 手 ) 的 Picture creation( 图 像 绘 制 ) 页 面 中, 请 选 中 If the dataset is a crystal structure( 如 果 数 据 集 为 晶 体 结 构 ) 下 的 Launch the Picture Creation Assistant( 运 行 图 像 绘 制 助 手 ), 然 后 点 击 Next( 下 一 步 ) 到 最 后 一 页 并 点 击 Finish( 完 成 ) 我 们 之 前 使 用 当 前 屏 幕 上 显 示 的 Structure Picture Creation Assistant( 结 构 图 绘 制 助 手 ) 绘 制 过 石 英 的 结 构 图 我 们 这 一 次 将 仅 用 到 一 个 选 项 : 在 第 二 页 上, 请 选 择 Create Molecule(s) ( 创 建 分 子 ), 然 后 请 根 据 图 24 调 整 其 余 所 有 设 置, 点 击 Next( 下 一 步 ) 到 第 三 页 在 这 里, 您 应 该 取 消 选 择 Create cell edges( 绘 制 晶 胞 边 界 ), 然 后 点 击 对 话 框 底 部 的 Finish ( 完 成 ) 9 图 24: 在 Structure Picture Creation Assistant( 结 构 图 绘 制 助 手 ) 中 您 唯 一 需 要 做 的 就 是 创 建 分 子 当 您 点 击 Finish( 完 成 ) 之 后, 结 构 图 中 将 显 示 已 创 建 的 分 子 ( 图 25) 9 在 本 示 例 中 没 有 必 要 进 行 Structure Picture Creation Assistant( 结 构 图 绘 制 助 手 ) 中 的 其 余 操 作

30 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 21 您 可 以 通 过 鼠 标 旋 转 分 子 来 实 现 三 维 观 察 : 请 点 击 底 部 工 具 栏 上 的 Rotate x/y( 沿 x/y 轴 旋 转 ) 按 钮 启 用 所 谓 的 tracking mode( 跟 踪 模 式 ) 随 后, 请 在 结 构 图 内 点 击 鼠 标 左 键 并 移 动 鼠 标 您 会 发 现 芘 分 子 由 四 个 稠 合 苯 环 组 成 且 为 完 全 平 面 结 构 既 然 您 已 经 认 识 了 分 子 本 身 的 结 构, 那 么 现 在 请 绘 制 堆 积 图 以 便 了 解 晶 体 结 构 中 分 子 的 三 维 堆 积 情 况 这 一 步 就 更 容 易 了 : 请 在 底 部 工 具 栏 点 击 相 应 按 钮 来 fill the unit cell( 填 充 晶 胞 ) ( 即 创 建 晶 胞 内 所 有 原 子 ) 图 25: 芘 晶 体 结 构 不 对 称 单 元 中 的 一 个 分 子 屏 幕 上 现 在 已 经 显 示 了 晶 胞 内 的 各 个 原 子, 但 是 这 些 原 子 尚 未 通 过 化 学 键 相 互 连 接 此 外, 晶 胞 中 现 在 还 只 有 分 子 碎 片, 为 了 解 决 这 个 问 题, 请 点 击 底 部 工 具 栏 上 的 Complete fragments( 补 全 碎 片 ), 之 后 各 原 子 已 经 通 过 化 学 键 相 连, 而 且 晶 胞 内 的 所 有 分 子 碎 片 也 均 已 补 全 在 这 一 步, 晶 体 堆 积 图 已 经 完 成, 但 是 大 量 的 分 子 和 各 种 分 子 取 向 使 堆 积 图 看 起 来 有 点 混 乱 不 清 在 类 似 的 情 况 中, 一 般 来 说 最 好 能 够 沿 晶 胞 轴 观 察 以 便 选 取 分 子 堆 积 更 为 清 晰 的 取 向 请 从 Picture( 图 像 ) 菜 单 中 选 择 Viewing Directions...( 查 看 方 向 ) 命 令, 在 弹 出 的 对 话 框 中 您 可 以 精 确 选 择 沿 特 定 坐 标 轴 或 朝 向 特 定 平 面 的 查 看 方 向 ( 图 26) 图 26: 在 该 对 话 框 中 您 可 以 精 确 地 选 择 查 看 方 向 您 至 少 应 该 通 过 点 击 对 话 框 顶 部 的 相 应 按 钮 尝 试 沿 晶 胞 的 三 条 轴 (a,b,c) 查 看 堆 积 图

31 22 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 沿 c 轴 查 看 将 得 到 最 佳 的 投 影 效 果, 因 此 请 点 击 c 按 钮 然 后 关 闭 对 话 框 现 在 堆 积 图 中 的 分 子 堆 积 形 式 看 起 来 已 经 相 当 清 晰 ( 图 27) 您 可 能 会 有 兴 趣 研 究 一 下 两 个 交 错 相 叠 分 子 的 分 子 平 面 间 距 那 么 首 先 我 们 需 要 创 建 所 谓 的 least-square( 最 小 二 乘 ) 平 面, 分 别 通 过 两 个 相 邻 且 平 行 的 芘 分 子, 然 后 测 量 两 个 平 面 间 的 距 离 图 27: 对 研 究 分 子 堆 积 形 式 而 言, 晶 胞 c 轴 是 最 佳 的 观 察 视 角 第 一 个 平 面 将 穿 过 右 上 顶 点 的 芘 分 子 : 请 右 键 单 击 该 分 子 中 的 任 意 一 个 原 子, 然 后 在 弹 出 菜 单 中 选 择 Select Molecule(s)( 选 择 分 子 ) 这 时, 整 个 分 子 的 所 有 原 子 和 化 学 键 均 已 被 选 中, 外 围 将 出 现 黄 色 边 框 之 后, 从 Objects/Planes...( 对 象 / 平 面 ) 子 菜 单 中 选 择 Create Plane Through Atoms...( 创 建 通 过 原 子 的 平 面 ) 命 令 在 Plane through Atoms( 通 过 原 子 的 平 面 ) 对 话 框 中, 您 可 以 选 择 在 通 过 最 小 二 乘 法 计 算 平 面 的 时 候 算 入 或 排 除 哪 些 原 子 默 认 情 况 下, 您 在 结 构 图 中 选 择 的 所 有 原 子 都 将 包 括 在 内, 如 左 侧 复 选 框 所 示 ( 图 28) 图 28: 当 您 执 行 Create Plane Through Atoms...( 创 建 通 过 原 子 的 平 面 ) 命 令 时, 弹 出 对 话 框 列 出 了 您 在 结 构 图 中 选 择 的 所 有 原 子 您 可 以 通 过 选 择 / 取 消 选 择 各 个 原 子 前 的 复 选 框 来 决 定 这 些 原 子 是 否 参 与 计 算 最 小 二 乘 平 面 此 外, 当 前 平 面 的 表 达 式 将 显 示 在 对 话 框 底 部

32 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 23 此 时 选 择 默 认 设 定 即 可, 点 击 OK( 确 定 ) 关 闭 对 话 框, 然 后 按 <Esc> 键 取 消 选 择, 结 构 图 中 将 显 示 新 生 成 的 平 面 ( 图 29) 在 当 前 版 本 的 DIAMOND 软 件 中, 还 无 法 实 现 在 结 构 图 中 直 接 选 择 平 面 对 象 如 果 您 希 望 更 改 现 有 平 面 的 设 置 ( 如 颜 色 或 标 题 ), 请 在 屏 幕 右 上 方 的 表 格 面 板 中 选 择 Table of Planes( 平 面 对 象 列 表 ), 然 后 选 中 您 希 望 更 改 设 计 的 平 面 然 后 请 从 Objects/Planes...( 对 象 / 平 面 ) 子 菜 单 中 选 择 Edit Plane ( 编 辑 平 面 ) 命 令 图 29: 由 右 上 方 芘 分 子 中 原 子 定 义 的 第 一 个 平 面 已 经 创 建 此 外, 一 旦 创 建 平 面 以 后 您 无 法 再 更 改 参 与 计 算 平 面 的 原 子 如 果 您 希 望 更 改 构 成 平 面 的 原 子, 那 么 您 必 须 先 删 除 该 平 面 并 创 建 一 个 新 的 平 面 请 首 先 在 Table of Planes( 平 面 对 象 列 表 ) 中 选 择 希 望 删 除 的 平 面, 然 后 请 从 Objects/Planes...( 对 象 / 平 面 ) 子 菜 单 中 选 择 Delete Plane(s)( 删 除 平 面 ) 命 令 图 30: 第 二 个 平 面 也 已 经 创 建, 颜 色 为 黄 色 这 次 我 们 想 给 第 二 个 平 面 换 种 颜 色 : 请 点 击 对 话 框 中 的 Style( 样 式 ) 表 单, 打 开 颜 色 选

33 24 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 择 框, 从 最 下 面 一 排 中 选 择 淡 黄 色 随 后, 点 击 OK( 确 定 ) 按 钮 关 闭 对 话 框, 再 按 <Esc> 键 取 消 选 择 第 二 个 平 面 将 显 示 在 第 一 个 平 面 下 方 ( 图 30) 如 果 您 旋 转 结 构 图 ( 例 如 选 择 Rotate along x-/y-axis( 绕 x/y 轴 旋 转 ) 跟 踪 模 式 ), 您 会 发 现 两 个 平 面 看 起 来 像 是 相 互 平 行 的 您 可 以 从 Tools/Calculate...( 工 具 / 计 算 ) 子 菜 单 中 选 择 Angle Between Planes( 平 面 间 角 度 ) 命 令 来 验 证 : 在 弹 出 对 话 框 的 底 部 显 示 两 平 面 间 的 二 面 角 角 度 为 0.0 ( 图 31) 图 31: 两 平 面 间 二 面 角 角 度 为 0.0 您 可 能 还 记 得 我 们 创 建 平 面 的 初 衷 是 测 量 平 面 间 距 事 实 上 由 于 这 两 个 平 面 相 互 平 行, 平 面 间 距 测 量 已 经 自 动 完 成 : 在 Angle between Planes or Lines( 平 面 或 直 线 间 角 度 ) 对 话 框 中 显 示 两 平 面 间 距 离 为 Å

34 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 25 探 究 未 知 晶 体 结 构 在 这 部 分 教 程 中 您 将 学 习 到 : 如 何 通 过 一 步 步 地 探 究 未 知 晶 体 结 构 来 了 解 晶 体 的 基 本 构 造 原 理 如 何 利 用 DIAMOND 的 众 多 功 能 来 展 现 您 对 晶 体 结 构 深 入 理 解 您 一 定 会 经 常 得 到 一 些 新 的 未 知 晶 体 结 构 数 据 这 种 情 况 下, 您 完 全 可 以 借 助 DIAMOND 丰 富 的 功 能 来 一 步 步 地 探 究 新 晶 体 结 构, 直 到 您 能 够 充 分 理 解 其 构 造 原 理 为 止 这 一 章 将 主 要 向 您 介 绍 如 何 解 决 这 类 问 题 在 我 们 的 示 例 中, 未 知 晶 体 结 构 由 名 为 unknown.cif 的 CIF 文 件 来 描 述 您 首 先 需 要 做 的 是 从 unknown.cif 文 件 中 导 入 晶 体 结 构 数 据 : 如 果 还 没 有 打 开 DIAMOND, 请 先 启 动 软 件 随 后, 请 从 File( 文 件 ) 菜 单 中 选 择 Open( 打 开 ) 命 令, 请 将 对 话 框 底 部 的 文 件 类 型 设 定 为 CIF (*.cif), 然 后 选 择 DIAMOND 程 序 文 件 夹 下 的 Tutorial 子 文 件 夹 ( 例 如 C:\Program Files\Diamond 3\Tutorial ) 中 的 unknown.cif 最 后 请 点 击 Open( 打 开 ), 并 逐 步 完 成 File Import Assistant( 文 件 导 入 助 手 ) 在 File Import Assistant( 文 件 导 入 助 手 ) 的 Picture creation( 图 像 绘 制 ) 页 面 中, 请 选 中 If the dataset is a crystal structure( 如 果 数 据 集 为 晶 体 结 构 ) 下 的 Create a blank picture( 创 建 空 白 图 像 ), 然 后 点 击 Next( 下 一 步 ) 到 最 后 一 页 并 点 击 Finish( 完 成 ) 右 上 方 的 数 据 摘 要 栏 显 示 的 是 当 前 晶 体 结 构 数 据, 但 是 结 构 图 区 域 现 在 还 是 一 片 空 白 一 般 来 说, 向 DIAMOND 导 入 新 晶 体 结 构 数 据 之 后, 最 好 先 让 DIAMOND 自 动 绘 制 图 像 以 便 对 晶 体 结 构 有 初 步 印 象 如 果 您 在 File import( 文 件 导 入 ) 助 手 阶 段 错 过 了 相 应 操 作 ( 如 本 示 例 中 ), 可 以 通 过 以 下 方 法 很 方 便 地 实 现 : 点 击 工 具 栏 上 相 应 的 按 钮 或 者 从 Picture/Guidance( 图 像 / 向 导 ) 子 菜 单 中 选 择 相 应 命 令, 之 后 DIAMOND 将 自 动 绘 制 晶 体 结 构 图 ( 图 32) 图 32: 由 DIAMOND 自 动 绘 制 的 未 知 晶 体 结 构 图 可 以 看 出 晶 体 结 构 相 当 复 杂

35 26 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 晶 胞 中 有 大 量 原 子 和 化 学 键, 第 一 眼 看 去, 堆 积 形 式 显 得 非 常 复 杂 因 此, 从 一 个 原 子 起 步 重 新 开 始 并 一 步 一 步 地 构 建 晶 体 结 构 ( 例 如 为 初 始 原 子 添 加 配 位 原 子, 在 此 基 础 上 继 续 添 加 配 位 原 子 等 ) 是 个 不 错 的 选 择 但 是 在 此 之 前 我 们 首 先 必 须 删 除 结 构 图 中 的 现 有 内 容 请 点 击 底 部 工 具 栏 上 的 Destroy all( 清 除 所 有 ) 按 钮, 或 者 从 Build/Destroy( 构 建 / 清 楚 ) 子 菜 单 中 选 择 All( 所 有 ) 命 令 结 构 图 现 在 再 次 变 为 空 白, 我 们 也 可 以 开 始 重 新 构 建 晶 体 结 构 第 一 步 需 要 做 的 是 检 查 原 子 间 距,DIAMOND 根 据 原 子 间 距 判 断 某 原 子 是 否 属 于 另 一 原 子 的 配 位 层, 即 所 谓 连 接 性 请 通 过 Build( 构 建 ) 菜 单 中 的 相 应 命 令 或 者 工 具 栏 上 的 相 应 按 钮 打 开 Connectivity( 连 接 性 ) 对 话 框 ( 图 33) 图 33: 所 谓 的 Connectivity( 连 接 性 ) 对 话 框 是 DIAMOND 的 基 本 工 具 之 一 用 户 在 此 可 以 调 整 所 有 原 子 组 对 的 原 子 间 距,DIAMOND 将 根 据 原 子 间 距 创 建 化 学 键 和 多 面 体 等 对 话 框 左 上 方 的 表 格 中 列 出 了 当 前 数 据 集 包 含 的 所 有 原 子 组 对, 以 及 原 子 间 距 的 最 大 值 和 最 小 值 如 果 某 实 际 原 子 间 距 在 相 应 的 原 子 间 距 区 间 内,DIAMOND 则 认 为 它 们 之 间 将 以 化 学 键 相 连 这 些 信 息 主 要 用 于 创 建 化 学 键 和 多 面 体 等 所 谓 原 子 组 的 默 认 定 义 是 具 有 相 同 氧 化 态 同 种 元 素 的 所 有 原 子 您 可 以 从 Build( 构 建 ) 菜 单 中 打 开 Atom groups( 原 子 组 ) 对 话 框 来 更 改 原 子 参 数 列 表 中 个 别 原 子 的 原 子 组 分 配 请 不 要 混 淆 原 子 组 和 原 子 类 型 这 两 个 概 念! 原 子 类 型 通 常 由 元 素 和 氧 化 态 来 定 义, 而 且 与 原 子 组 不 同 的 是, 某 原 子 的 原 子 类 型 无 法 更 改 原 子 类 型 可 以 用 来 查 看 Distance and angles( 距 离 和 角 度 ) DIAMOND 根 据 每 个 原 子 组 的 有 效 半 径 已 经 提 供 了 绝 大 多 数 元 素 对 的 原 子 间 距 上 限 和 下 限 但 是 考 虑 到 原 子 间 距 的 重 要 性, 我 们 强 烈 建 议 您 在 绘 制 结 构 图 之 前 检 查 所 有 原 子 组 对 的 间 距 设 置 为 了 帮 助 您 确 定 合 理 的 DMin 值 和 DMax 值,DIAMOND 提 供 了 原 子 间 距 统 计 直 方 图 与 ICSD 数 据 库 中 所 有 相 应 原 子 间 距 的 对 比 请 务 必 选 中 对 话 框 右 侧 的 Statistics ( 统 计 结 果 ) 复 选 框! 之 后 请 点 击 原 子 组 对 列 表 的 第 一 行, 即 P+5 - P+5 请 观 察 对 话 框 底 部 的 原 子 间 距 直 方 图 : 所 有 原 子 间 距 ( 黑 线 ) 均 没 有 落 入 标 示 配 位 间 距 上 边 界 和 下 边 界 的 两 条 红 线 之 间 这 一 点 很 合 理, 因 为 我 们 并 不 指 望 含 有 额 外 氧 原 子 的 化 合 物 中 存 在 P-P 键 P+5 - W+6 这 组 的 情 况 与 上 一 组 相 同, 所 以 请 继 续 到 第 三 行 ( P+5 - O-2 ) 这 里 明 显 有 些 原 子 间 距 ( 黑 线 ) 处 于 红 线 之 间, 因 此 相 应 原 子 之 间 存 在 化 学 键 请 注 意 原 子 间 距 上 限 (DMax = Å) 与 右 10 ICSD(Inorganic Crystal Structure Database, 无 机 晶 体 结 构 数 据 库 ) 由 Fachinformationszentrum Karlsruhe, Hermann-von-Helmholtz-Platz 1, Eggenstein-Leopoldshafen, Germany 编 撰 发 行

36 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 27 侧 相 邻 的 P-O 间 距 (3.4 Å) 相 差 很 大, 这 也 清 楚 地 表 明 所 有 相 关 的 原 子 间 距 均 已 被 考 虑 在 内 ( 最 大 间 隔 判 据, 图 34) 图 34: 对 原 子 组 对 P-O 而 言, 在 成 键 最 大 距 离 值 和 右 侧 相 邻 的 原 子 间 距 之 间 有 很 大 的 间 隔 请 继 续 浏 览 原 子 组 对 列 表 并 观 察 统 计 直 方 图, 直 到 您 看 到 W+6 - O-2 原 子 组 对 这 里 您 会 发 现 某 些 原 子 间 距 在 最 大 间 距 以 下, 却 高 出 当 前 DMax 值 (1.944 Å) 这 些 作 用 在 判 断 成 键 情 况 的 时 候 也 应 当 考 虑 在 内, 因 此 请 将 右 侧 的 红 色 竖 线 调 整 到 2.6 Å 左 右 以 使 上 述 原 子 间 距 也 包 含 在 内 : 将 鼠 标 指 针 移 至 红 色 竖 线 上, 按 住 左 键 并 向 右 拖 动 当 所 有 相 关 的 原 子 间 距 都 处 于 两 条 红 线 之 间 时, 请 松 开 鼠 标 左 键 11 随 后, 请 继 续 浏 览 至 原 子 组 对 O-2 - O-2 这 里 您 会 发 现 一 组 非 常 小 的 原 子 间 距 (1.685 Å), 对 照 化 合 物 组 成 (H 5 O 2 ) 3 PW 12 O 40, 这 条 数 据 显 得 十 分 奇 怪 一 般 情 况 下, 至 少 两 种 原 因 可 能 导 致 出 现 非 常 小 的 原 子 间 距 值 : 1. 某 些 原 子 位 置 未 被 充 分 占 据 ; 即 相 应 原 子 的 占 位 系 数 低 于 1.0 一 般 来 说, 这 种 情 况 是 在 晶 体 结 构 解 析 中 为 解 决 某 些 无 序 情 况 而 引 入 的 2. 晶 体 结 构 数 据 中 存 在 错 误 绝 大 多 数 情 况 下 是 空 间 群 设 置 不 正 确 在 本 示 例 中, 原 子 参 数 表 中 有 一 个 O 原 子 的 占 位 系 数 为 0.5, 因 此 这 里 出 现 的 不 正 常 原 子 间 距 值 无 需 担 心 12 但 是 一 般 情 况 下 您 应 该 总 是 详 细 检 查 较 短 的 原 子 间 距, 直 到 您 彻 底 弄 清 楚 他 们 的 来 源 为 止 下 面 请 继 续 前 进 到 O-H 原 子 组 对 ( 图 35) 相 应 的 直 方 图 非 常 有 趣 :O-H 键 的 成 键 范 围 分 为 两 段, 一 段 处 于 约 到 1.19 Å, 另 一 段 处 于 约 1.81 到 1.91 Å 第 二 段 成 键 范 围 明 显 证 明 除 正 常 共 价 键 (O-H) 以 外, 还 存 在 所 谓 的 H-bonds( 氢 键 ) (O-H-O) 这 里 我 们 将 只 关 注 共 价 键, 在 DIAMOND 中 创 建 氢 键 将 在 第 32 页 做 详 细 介 绍 同 时 请 注 意 共 价 O-H 键 的 上 边 界 有 些 过 低 ( 类 似 于 W+6 - O-2 原 子 组 对 的 情 况 ); 某 些 在 1.19 Å 附 近 的 原 子 间 距 也 处 于 比 较 合 理 的 成 键 范 围, 但 是 并 未 计 入 成 键 间 距 之 内 因 此 请 调 整 上 边 界, 使 这 部 分 原 子 间 距 也 包 含 在 内 (DMax 应 该 在 1.3 Å 左 右 )( 图 36) 最 后 您 还 需 要 查 看 H-H 间 距 ; 随 后 请 点 击 OK( 确 定 ) 关 闭 Connectivity( 连 接 性 ) 对 话 框 到 此 为 止, 我 们 已 经 明 确 定 义 了 DIAMOND 诸 多 功 能 所 必 需 的 原 子 成 键 范 围, 下 一 步 就 可 以 开 始 绘 制 结 构 图 正 如 前 面 提 到 的 一 样, 我 们 将 从 单 个 原 子 开 始 绘 制 结 构 图 请 从 Build( 构 建 ) 菜 单 中 选 您 也 可 以 在 直 方 图 顶 部 的 DMax 区 域 直 接 输 入 2.6 正 常 情 况 下, 您 应 当 检 查 与 过 小 原 子 间 距 相 关 的 原 子 ( 本 示 例 中 为 O5) 是 否 也 具 有 低 于 1.0 的 占 位 系 数

37 28 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 择 Add atoms( 添 加 原 子 ) 命 令, 或 点 击 工 具 栏 上 的 相 应 按 钮 在 结 构 图 中 添 加 单 个 原 子 图 35:O-H 原 子 间 距 直 方 图 显 示 两 原 子 组 间 存 在 两 段 成 键 范 围 图 36: 调 整 O-H 成 键 间 距 区 间 的 上 边 界 DIAMOND 将 弹 出 Add atoms( 添 加 原 子 ) 对 话 框 ( 图 37), 在 此 您 可 以 确 切 选 择 在 结 构 图 中 显 示 晶 体 结 构 数 据 中 的 哪 些 原 子 在 对 话 框 顶 部 的 列 表 中, 您 可 以 根 据 需 要 选 择 相 应 原 子 接 下 来 您 可 以 定 义 应 用 于 选 中 原 子 对 称 操 作 和 布 拉 维 平 移 最 后, 您 可 以 选 择 是 否 对 由 对 称 操 作 和 布 拉 维 平 移 生 成 的 坐 标 进 行 晶 胞 平 移 例 如, 您 可 以 规 定 在 晶 胞 的 X 方 向 创 建 新 的 原 子 在 本 示 例 中, 起 步 操 作 非 常 简 单 : 我 们 希 望 在 不 对 称 单 元 中 只 创 建 磷 原 子 : 请 在 对 话 框 顶 部 选 择 P1 原 子 并 确 保 只 选 中 identity( 恒 等 ) (x,y,z) 对 称 操 作 如 果 您 的 对 话 框 窗 口 与 图 38 一 致, 请 点 击 OK( 确 定 ), 这 时 结 构 图 的 中 央 将 显 示 一 个 紫 色 的 磷 原 子 由 于 前 面 已 经 完 成 了 连 接 性 定 义, 接 下 来 的 构 造 步 骤 就 非 常 直 观 了 : 请 点 击 工 具 栏 上 的 Fill ( 填 充 ) 按 钮 ( 或 按 下 键 盘 上 的 <Shift+Ctrl+S> 组 合 键 ) 添 加 磷 原 子 的 相 邻 原 子 这 时 您 可 以 清 晰 地 看 到 典 型 的 P-O 四 面 体 请 再 次 点 击 Fill( 填 充 ) 按 钮 继 续 添 加 新 的 配 位 层 (O 原 子 的 配 位 层 ) 如 图 所 示, 每 个 O 原 子 与 三 个 W 原 子 相 连 后 再 与 中 心 的 P 原 子 配 位 ( 图 39) 当 然, 现 在 W 原 子 的 配 位 层 还 并 不 完 整 请 再 次 点 击 Fill( 填 充 ) 按 钮 来 补 全 W 原 子 的 配 位 层, 这 一 步 操 作 将 添 加 大 量 的 O 原 子 如 果 您 继 续 点 击 Fill Coordination Spheres( 填 充 配 位 层 ) 按 钮,DIAMOND 将 不 会 再 添 加 任 何 原 子 很 明 显 这 时 您 已 经 确 定 了 一 个 与 剩

38 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 29 余 结 构 部 分 不 直 接 通 过 化 学 键 相 连 的 独 立 构 筑 模 块 而 且 很 有 必 要 深 入 研 究 一 下 这 个 构 筑 模 块 图 37: 您 可 以 在 Add Atoms( 添 加 原 子 ) 对 话 框 确 切 选 择 将 哪 些 原 子 添 加 到 结 构 图 中 图 38: 我 们 希 望 在 结 构 图 中 只 显 示 不 对 称 单 元 中 的 磷 原 子 目 前 由 于 大 量 化 学 键 的 存 在 使 结 构 显 得 模 糊 不 清, 因 此 常 用 的 球 棍 模 型 并 不 十 分 适 合 现 在 的 情 况 因 为 多 面 体 表 示 形 式 ( 氧 原 子 配 位 金 属 或 非 金 属 原 子 ) 可 能 更 加 适 合 当 前 典 型 无 机 氧 化 物 构 筑 模 块, 所 以 请 从 Build/Polyhedra...( 构 建 / 多 面 体 ) 子 菜 单 中 选 择 Add Polyhedra...( 添 加 多 面 体 ) 命 令 打 开 Add Polyhedra...( 添 加 多 面 体 ) 对 话 框 在 对 话 框 顶 部, 您 可 以 选 择 使 用 与 Connectivity( 连 接 性 ) 对 话 框 中 相 同 的 配 位 层 设 定, 或 者 定 义 新 的 判 断 标 准 我 们 将 直 接 使 用 第 一 项 设 置 ( 即 默 认 设 置 ) 在 对 话 框 的 中 央 位 置, 您 需 要 分 别 选 择 多 面 体 中 心 原 子 组 和 配 体 原 子 组 我 们 希 望 在 P 原 子 和 W 原 子 的 周 围 创 建 多 面 体, 因 此 请 在 左 侧 的 中 心 原 子 组 列 表 中 取 消 选 择 ( 点 击 复 选 框 )O 原 子 和 H 原 子 另 一 方 面, 我 们 希 望 将 O 原 子 作 为 多 面 体 的 顶 点, 因 此 请 在 右 侧 的 配 位 原 子 组 列 表 中 取 消 选 择 P 原 子 W 原 子 和 H 原 子 此 时 的 对 话 框 显 示 应 与 图 41 一 致 同 时, 我 们 还 将 修 改 多 面 体 的 设 计, 尽 管 这 一 步 也 可 以 稍 后 进 行

39 30 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 图 39: 结 构 图 中,O 原 子 以 四 面 体 方 式 与 P 原 子 配 位, 同 时 每 个 O 原 子 还 与 三 个 W 原 子 相 连 图 40: 您 可 以 在 Add Polyhedra( 添 加 多 面 体 ) 对 话 框 中 设 置 多 面 体 中 心 原 子 和 配 位 原 子 请 点 击 Add Polyhedra( 添 加 多 面 体 ) 对 话 框 右 侧 的 Design( 设 计 ) 按 钮 打 开 Polyhedron Design( 多 面 体 设 计 ) 对 话 框 我 们 希 望 改 变 多 面 体 表 面 的 颜 色 设 定 ( 填 充 色 ) 以 匹 配 中 心 原 子 的 颜 色 请 点 击 相 应 按 钮 并 从 弹 出 的 颜 色 选 择 面 板 中 选 择 Central atom( 中 心 原 子 ) ( 图 42) 随 后, 点 击 OK( 确 定 ) 关 闭 Polyhedron Design( 多 面 体 设 计 ) 对 话 框 现 在 创 建 多 面 体 的 所 有 设 置 操 作 均 已 完 毕, 请 点 击 Add Polyhedra( 添 加 多 面 体 ) 对 话 框 中 的 OK( 确 定 ) 按 钮 关 闭 对 话 框 并 完 成 创 建 多 面 体 操 作 ( 图 43) 我 们 希 望 在 后 面 的 DIAMOND POV-Ray 教 程 中 也 使 用 当 前 这 幅 结 构 图, 因 此 请 将 它 保 存 为 DIAMOND 文 档 文 件 13 请 点 击 工 具 栏 上 的 Save( 保 存 ) 按 钮, 然 后 DIAMOND 将 弹 出 一 条 信 息 提 示 您 必 须 使 用 DIAMOND 文 档 文 件 格 式 才 能 保 存 全 部 信 息 和 图 像 请 点 击 Yes ( 是 ) 确 定, 然 后 在 打 开 的 Save Document As( 保 存 文 档 为 ) 对 话 框 中 选 择 DIAMOND 程 序 文 件 夹 下 的 Tutorial 子 文 件 夹 ( 例 如 C:\Program Files\Diamond 3\Tutorial ), 直 接 使 用 自 动 建 议 文 件 名 unknown.diamdoc 然 后 点 击 Save( 保 存 ) 请 注 意 您 在 这 部 分 教 程 开 始 的 时 候 打 开 的 是 CIF 文 件 您 无 法 在 CIF 文 件 中 存 储 DIAMOND 进 程 中 的 所 有 信 息, 因 此 您 必 须 使 用 DIAMOND 专 有 的 文 件 格 式 *.diamdoc, 以 便 之 后 能 够 重 新 打 开 当 前 DIAMOND 窗 口 的 所 有 内 容 另 外 请 注 意 在 您 完 成 保 存 操 作 之 后,DIAMOND 创 建 偶 标 题 栏 中 显 示 的 当 前 文 档 名 称 将 会 改 变 为 了 充 分 理 解 该 结 构 构 筑 模 块 的 构 造 原 子, 您 应 该 用 鼠 标 转 动 结 构 模 型 这 样, 您 可 以 更 好 地 从 三 维 视 角 了 解 构 筑 模 块 的 结 构 请 从 Move( 移 动 ) 菜 单 中 选 择 Rotate along x-/y-axis ( 沿 x 轴 或 y 轴 旋 转 ) 命 令 ( 或 者 点 击 底 部 工 具 栏 上 的 相 应 按 钮 ) 以 切 换 到 所 谓 的 tracking mode( 跟 踪 模 式 ) 随 后, 在 结 构 图 内 按 住 鼠 标 左 键 并 移 动 鼠 标 ; 结 构 图 将 随 着 鼠 标 移 动 13 如 果 您 使 用 的 是 演 示 版 DIAMOND, 那 么 您 将 无 法 使 用 保 存 功 能 这 种 情 况 下, 您 可 以 直 接 使 用 Tutorial 文 件 夹 中 的 unknown.diamdoc 文 件, 因 此 您 可 以 直 接 跳 过 此 步 操 作

40 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 31 而 旋 转 您 会 清 楚 地 看 到 位 于 构 筑 模 块 中 央 的 PO 4 四 面 体 四 面 体 的 每 个 顶 点 位 置 都 由 一 组 三 个 通 过 棱 边 相 连 的 WO 6 八 面 体 围 成, 这 些 W 3 O 13 单 元 通 过 顶 点 相 连 这 就 是 所 谓 的 Keggin 结 构 或 者 Keggin 离 子 图 41: 根 据 这 些 设 置,DIAMOND 将 在 W 原 子 和 P 原 子 的 周 围 以 O 原 子 为 顶 点 创 建 多 面 体, 同 时 根 据 Connectivity( 连 接 性 ) 对 话 框 中 的 设 置 来 确 定 配 位 原 子 图 42: 我 们 希 望 多 面 体 表 面 的 颜 色 与 其 中 心 原 子 的 颜 色 保 持 一 致 下 一 步 是 研 究 在 整 体 晶 体 结 构 中, 这 些 Keggin 离 子 是 如 何 进 行 堆 积 的 点 击 底 部 工 具 栏 上 的 No tracking( 无 跟 踪 ) 按 钮 离 开 跟 踪 模 式 随 后, 请 返 回 之 前 的 沿 c 轴 查 看 方 向 以 进 行 更 好 的 整 体 观 察 : 请 从 Picture( 图 像 ) 菜 单 中 选 择 Viewing direction...( 查 看 方 向 ) 命 令 打 开 相 应 对 话 框 ( 图 44) 正 如 刚 刚 提 到 的, 我 们 希 望 沿 c 轴 查 看, 因 此 请 点 击 对 话 框 顶 部 的 相 应 按 钮 并 点 击 OK( 确 定 ) 关 闭 对 话 框 现 在 我 们 需 要 添 加 晶 胞 的 剩 余 部 分, 点 击 屏 幕 左 下 角 工 具 栏 中 的 Fill Unit Cell( 填 充 晶 胞 ) 按 钮 即 可 现 在 Keggin 离 子 处 于 晶 胞 的 一 个 顶 角 位 置 很 明 显 在 同 一 晶 胞 的 对 角 处 还 应 该 有 一 个 Keggin 离 子, 同 样 我 们 也 应 该 为 这 个 Keggin 离 子 创 建 多 面 体 选 择 Build/Polyhedra.../Add Polyhedra...( 构 建 / 多 面 体 / 添 加 多 面 体 ) 命 令, 点 击 弹 出 的 Add Polyhedra( 添 加 多 面 体 ) 对 话 框 中 的 Design...( 设 计 ) 按 钮 将 多 面 体 表 面 的 Fill( 填 充 色 ) 更 改 为 Central atom( 中 心 原 子 ) 颜 色 后 点 击 OK( 确 定 ) 对 话 框 中 显 示 的 中 心 原 子 组 和 配 位 原 子 组 设 置 与 上 次 的 设 置 相 同, 因 此 直 接 点 击 OK( 确 定 ) 关 闭 对 话 框 即 可 现 在 晶 胞 中 的 第 二 个 Keggin 离 子 已 经 清 晰 可 见 ( 图 45)

41 32 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 现 在 您 可 以 看 到 Keggin 离 子 键 的 空 间 被 O 原 子 和 H 原 子 填 充, 很 有 可 能 是 水 分 子 您 需 要 连 接 相 应 原 子 来 验 证 这 一 点 ( 即 根 据 Connectivity( 连 接 性 ) 对 话 框 中 的 设 置 创 建 原 子 间 的 化 学 键 ): 通 过 点 击 工 具 栏 上 的 Connect atoms( 连 接 原 子 ) 按 钮 或 者 选 择 Build( 构 建 ) 菜 单 中 的 相 应 命 令 又 或 者 按 下 键 盘 上 的 <Shift+Ctrl+N> 组 合 键 即 可 轻 松 完 成 现 在 水 分 子 已 经 清 晰 可 见 图 43: 未 知 结 构 中 的 构 筑 模 块 现 在 通 过 以 P 原 子 和 W 原 子 为 中 心 的 多 面 体 形 式 显 示 图 44: Viewing direction( 查 看 方 向 ) 对 话 框 提 供 了 多 种 选 择 查 看 方 向 的 方 式 最 后, 我 们 建 议 您 清 除 属 于 相 邻 晶 胞 WO6 八 面 体 的 剩 余 未 成 键 O 原 子 从 Build/Destroy ( 构 建 / 清 除 ) 子 菜 单 中 选 择 Non-bonded atoms( 未 成 键 原 子 ) 命 令, 或 者 点 击 底 部 工 具 栏 中 的 按 钮 右 侧 的 小 箭 头 并 选 择 Destroy non-bonded atoms( 清 除 未 成 键 原 子 ) 都 能 够 轻 易 实 现 到 了 这 一 阶 段, 未 知 结 构 的 构 造 原 理 已 经 非 常 清 楚 了 ( 图 46) 当 您 观 察 结 构 的 时 候 可 能 还 会 有 一 个 问 题 :Keggin 离 子 和 水 分 子 键 一 定 存 在 某 种 形 式 的 成 键 作 用 但 是 到 底 是 什 么? 如 果 您 稍 有 经 验 的 话, 一 定 会 怀 疑 这 两 部 分 间 一 定 存 在 所 谓 的 H bonds( 氢 键 ) 为 了 便 于 观 察, 请 在 结 构 图 中 显 示 出 这 些 氢 键 : 从 构 建 (Build) 菜 单 中 选 择 Create H-bonds...( 创 建 氢 键 ) 命 令 打 开 H-Bonds( 氢 键 ) 对 话 框 在 H-Bonds ( 氢 键 ) 对 话 框 中 您 可 以 规 定 形 成 氢 键 的 判 断 依 据, 参 与 形 成 氢 键 原 子 必 须 满 足 相 应 判 据 才 能 添 加 氢 键, 具 体 内 容 包 括 原 子 间 距 的 最 小 值 和 最 大 值 氢 键 给 体 (D) 氢 原 子 和 氢 键 受 体 (A) 三 者 间 角 度 的 最 小 值 和 最 大 值 以 及 能 够 作 为 氢 键 给 体 或 受 体 的 原 子 组 等 请 根 据 图 47 更 改 您 的 对 话 框 设 置 然 后 点 击 OK( 确 定 ) 在 结 构 图 中 氢 键 以 虚 线 显 示 现 在 您 可 以 清 楚 地 看 到 晶 体 结 构 的 各 部 分 及 其 中 的 水 分 子 是 如 何 通 过 氢 键 连 接 的

42 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 33 一 切 就 是 这 么 简 单!DIAMOND 提 供 了 大 量 可 以 帮 助 您 理 解 晶 体 结 构 构 造 原 理 的 特 色 功 能 当 您 探 究 过 晶 体 构 造 原 理 之 后, 就 可 以 通 过 类 似 步 骤 向 听 众 展 示 您 对 晶 体 结 构 的 理 解 图 45: 一 个 晶 胞 中 有 两 个 Keggin 离 子 构 筑 模 块 图 46: 删 除 非 成 键 O 原 子 ( 事 实 上 是 与 相 邻 晶 胞 中 的 W 原 子 成 键 ) 之 后, 结 构 图 变 得 更 加 清 晰 图 47: 结 构 图 中 生 成 氢 键 的 判 断 标 准

43 34 DIAMOND 教 程 B: 高 级 示 例 沸 石 (Zeolite) 骨 架 结 构 在 这 部 分 教 程 中 您 将 学 习 到 : 如 何 通 过 几 步 操 作 展 示 十 分 复 杂 的 晶 体 结 构 如 何 有 效 地 使 用 过 滤 哑 原 子 和 选 取 功 能 八 面 沸 石 (Faujasite) 是 沸 石 家 族 中 非 常 有 代 表 性 的 一 员 所 谓 β-cage(β 笼 ) 是 这 种 铝 硅 酸 盐 中 的 连 接 模 型 之 一 这 种 多 面 体 的 每 个 顶 点 包 含 一 个 硅 原 子 或 铝 原 子 ; 每 条 边 包 含 一 个 连 接 两 顶 点 处 原 子 的 氧 原 子 β 笼 之 间 通 过 六 方 柱 相 互 连 接 下 面 我 们 将 绘 制 清 晰 显 示 八 面 沸 石 结 构 中 的 β 笼 以 及 β 笼 之 间 的 六 方 柱 连 接 形 式 的 结 构 图 如 果 还 没 有 打 开 DIAMOND, 请 先 启 动 软 件 请 从 File( 文 件 ) 菜 单 中 选 择 Open( 打 开 ) 命 令, 将 对 话 框 底 部 的 文 件 类 型 设 定 为 CIF (*.cif), 然 后 选 择 DIAMOND 程 序 文 件 夹 下 的 Tutorial 子 文 件 夹 ( 例 如 C:\Program Files\Diamond 3\Tutorial ) 中 的 faujasite.cif 最 后 点 击 Open( 打 开 ), 并 完 成 File Import Assistant( 文 件 导 入 助 手 ) 在 Picture creation ( 图 像 绘 制 ) 页 面 中, 请 选 中 If the dataset is a crystal structure( 如 果 数 据 集 为 晶 体 结 构 ) 下 的 Create a blank picture( 创 建 空 白 图 像 ), 然 后 点 击 Next( 下 一 步 ) 到 最 后 一 页 并 点 击 Finish( 完 成 ) 现 在 右 上 方 显 示 为 当 前 晶 体 结 构 数 据, 结 构 图 区 域 仍 然 空 白 非 常 遗 憾 该 CIF 文 件 的 空 间 群 设 置 有 点 小 问 题 : 在 设 置 空 间 群 的 时 候 有 两 个 可 用 选 项 DIAMOND 无 法 根 据 CIF 文 件 的 内 容 选 择 正 确 的 空 间 群, 因 此 软 件 将 自 动 选 择 第 一 个 空 间 群 设 置 ( 本 示 例 中 为 错 误 设 置 ) 但 幸 运 的 是,CIF 文 件 的 作 者 为 此 添 加 了 注 释, 即 作 者 使 用 的 是 标 准 空 间 群 设 置 ( 第 二 个 空 间 群 设 置 ) 您 必 须 在 DIAMOND 中 更 正 空 间 群 设 置 : 请 从 Structure( 结 构 ) 菜 单 中 选 择 Space-group( 空 间 群 ) 命 令, 然 后 参 照 图 48 在 Symmetry ( 对 称 性 ) 对 话 框 中 选 择 中 心 对 称 的 空 间 群 227( 内 部 编 号 22701), 然 后 点 击 OK( 确 定 ) 图 48:DIAMOND 无 法 根 据 CIF 文 件 选 择 正 确 的 空 间 群, 我 们 必 须 手 动 设 置 ( 中 心 对 称 ) 我 们 强 烈 建 议 您 在 每 次 导 入 晶 体 结 构 文 件 的 时 候 都 检 查 空 间 群 设 置! 您 可 以 通 过 检 查 Connectivity ( 连 接 性 ) 对 话 框 中 的 原 子 间 距 来 检 查 空 间 群 设 置 错 误 的 空 间 群 设 置 往 往 会 导 致 出 现 异 常 小 的 原 子 间 距 值 但 是, 异 常 小 的 原 子 间 距 值 也 可 能 由 其 他 原 因 引 起 ( 第 27 页 ) 首 先 我 们 将 创 建 单 个 原 子, 然 后 在 此 基 础 上 构 建 完 整 的 晶 体 结 构 : 点 击 Add atom(s)( 添 加 14 原 子 ) 按 钮 打 开 Add atoms( 添 加 原 子 ) 对 话 框 从 原 子 参 数 列 表 中 选 择 Si1-Al1 原 子 并 保 持 其 他 设 置 不 变 ( 图 49) 点 击 OK( 确 定 ) 结 构 图 的 中 央 将 出 现 一 个 原 子 14 由 于 在 很 多 沸 石 结 构 中 Si 原 子 和 Al 原 子 随 机 分 布 在 某 些 位 置, 因 此 在 原 子 参 数 列 表 中 这 两 种 原 子 共 享 同 一 个 位 置