晶体模型绘制diamond3.2.pdf

晶体结构立体模型建构软件晶体结构立体模型建构软件（（Diamond）教程）教程 中国海洋大学材料科学与工程研究院 晶体结构立体模型建构软件-Diamond的使用 在使用Diamond软件构造晶体模型时，需要知道晶体的结构数据，即晶体的空间群、晶胞参 数和原子坐标晶体结构数据可以手动输入，也可以直接从晶体信息文件中获得我们将通过几 个例子来说明软件的使用方法 一、NaCl晶体结构模型的构造 下面我们以NaCl为例手动输入晶体结构数据NaCl晶体的结构数据为：空间群Fm-3m(225)； 晶胞参数a=5.64Å；原子坐标Na:4a, Cl:4b我们将通过这个例子学会如下操作： 1、学会手动输入晶体结构数据； 2、学会晶体模型的构造； 3、学会旋转晶体模型，从不同的角度观察； 4、学会改变背景和原子及晶胞的颜色等参数； 5、学会以一种原子为中心，另一种原子为配位原子构造配位多面体； 6、学会多面体外观的设计 打开软件，界面如下图所示： 图 1 点击“File| New”，出现一对话窗口，如下图，选择第二个选项，按“OK” 图 2 结果生成一个名字为 Diamond1 的空白的页面，同时弹出一个名字为 New Structure 的对话窗口，点“下一 步”，在新弹出的窗口中确认 Crystal Structure with cell and Spacegroup 被选中，在 Cell length 中输入 5.64， 如下图： 图 3 注意 Space group（空间群） 后是否我们需要的 NaCl 晶体的空间群 Fm-3m(225)， 如果不是， 点击 Browse 按钮，在弹出的对话窗口中选中 Fm-3m(225)，即在 Fm-3m(225)上点击使其变蓝色，如下图。

点“OK”回到前面 的对话窗口 图 4 点“下一步”（在出现的如下图的对话框中可以输入原子坐标，即在“Atomic parameters“中输入 相应的元素符号和原子坐标值，但我们将在其他的地方做这个工作） 图 5 点“下一步”，在出现的Completing the new structure Assistant窗口中有三个选项：Start structure picture; Launch the structure picture creation assistant; Create structure picture automaticly选中Start structure picture，点击“完成”出现一个名字为Diamond1Structure1Picture1的窗口，我们准备建 造的NaCl晶体模型将在这个窗口中显示 接下来输入原子坐标 点“Structure | Atomic Parameters”， 在弹出的对话窗口中点“Insert”，在“Element”后的下拉选项中选中Na，（Symbol后输入元素符号， Oxidation后输入元素的价数，S.O.F是原子的位置占有分数，对NaCl晶体中的Na和Cl原子来说都 是1， 因为都是1， 所以也可以不输入） ， 在Position后的下拉选项中选中4a； 按“Append”， 在“Element” 后的下拉选项中 选中Cl，在Position后的下拉选项中选中4b，如下图。

点“确定” 中心对称 图 6 点“Build | Fill | unit cell”，将出现NaCl晶体一个晶胞的模型点“Move | Rotate along x/y axis”， 就可以将模型旋转，从不同的角度观察 但也许你不喜欢背景和原子及晶胞的颜色，Diamond可以让你设置你自己最喜欢的颜色 图 7 改变背景设置：点“Picture | Layout”，在弹出的窗口中点“Background”，在Background后的下拉 选项中选你喜欢的背景颜色，点“确定”退出对话窗口回到Picture1，可以看到背景已经变成了黑色 （如果点“Apply now”则不退出对话窗口但可以看到背景已经变成了黑色） 改变原字颜色等设置：点“Picture | Atom Designs”，在弹出的“Atom Group Designs”窗口中选 择相应的原子，点“Style and colors”，在“Style”后的下拉选项中可以选不同的原子类型，这里我们 选“Solid/Empty/Boundary ellipse”，即实心球，在“Fix”下的“Color”后选你喜欢的颜色，这里我们 选择Na为红色，Cl为绿色。

点“Model and Radii”，可以改变所选原子的模型“Global/Individual”或 “Standard(Ball and Stick，即球-棍模型”或其他类型，可以选择不同的模型看看有什么变化在 “Radii”下的Radius[Å] for the “Standard”后输入原子半径的值，点“确定” 改变晶胞颜色等设置：点“Picture | Cell Edges Design”，在弹出的“Cell Edges Design”对话窗口中 可以设置晶胞的颜色、线形和粗细，还可以通过选中或不选中“Show the unit cell axis a, b, c”可以 显示不不显示晶胞中的a, b, c轴如果此时并不知道轴的对应关系，点“Objects | Coordinate System”，在弹出的“Coordinate System”对话窗口中选中“Display Coordinate System”，改变颜色和 字体，这里我们选择黑色，字体选择默认值点“OK” 对于NaCl晶体，我们常看到的描述为：Cl -离子形成立方最紧密堆积，Na+离子占据Cl-离子所 形成的立方最紧密堆积中所有的八面体空位，每个八面体所有棱都被其他八面体共用。

下面我们 将建造这样的八面体模型 在前面已经建造的NaCl晶体一个晶胞的模型的基础上，点“Build | Polyhedra | Add Polyhedra”， 出现“Add Polyhedra”对话窗口，在“Central atom groups”下选中“Na”，即以Na +离子作为配位多面 体的中心原子；在“Ligand atom groups”下选中“Cl”，即以Cl -离子作为配位多面体的配位原子确 认“Fixed”已经被选中， 其后面的“Rmin[Å]”和“Rmax[Å]”分别是形成配位多面体时离中心原子周围 最近和最远的配位原子的距离（因为配位多面体不总是正多边形），这里取默认值即可设置这 个距离还有另外一种办法，我们将在后面的例子中使用 图 8 点“Design”，出现“Polyhedra Design”对话窗口，点“Style and colors”可以设置多面体面的颜色、 边的颜色、透明度等；点“Others”，“Ligand atom reducing”后面的数值可以使配位原子的半径比形 成多面体前设置的值缩小（1）点“OK”就得到了我们需要的配位 多面体 图 9 如果我们想只画出一个Na +离子周围的配位离子形成的多面体，点“Move | No tracking”，移动鼠 标在目标Na +离子上单击左键，使得该离子被选中，即该离子周围出现一个方框。

点“Build | Polyhedra | Add Polyhedra”，出现“Add Polyhedra”对话窗口，此时“Central atom groups”下不可选， 因为已经选中了中心原子；在“Ligand atom groups”下选中“Cl”，如下图 图 10 点“OK”，就会发现只有一个多面体被做出来但此时该中心离子仍处于选中状态，可以按“Esc” 键或在“Move | No tracking”状态下在任何空白的地方单击鼠标左键即可点“File| Save as | Save Document as”或“File| Save as | Save Structure as”可以将建造的晶体结构模型保存成Diamond 3 document (*.diamdoc)文件或其他形式的文件， 但对Demo版 （即演示版） 不能保存成此形式 点“File| Save as | Save Graphics as”可以将所做的模型以数种图片文件格式保存，如.bmp、.jpg等格式 二、二、c60 晶体结构模型和分子模型的构造晶体结构模型和分子模型的构造 通过这个例子我们将学会如下操作： 1、从“.CIF”格式文件（晶体信息文件）中获得晶体结构数据； 2、利用c60晶体结构数据构造一个c60分子模型； 3、“Add atoms”工具的应用； 4、通过插入“dummy”原子辅助构造多面体； 5、原子间距离的测定； 6、学会设置键的线型、颜色和粗细。

打开软件，点“File | Open”，找到安装软件的目录，比如“C:\Program Files\Diamond”，打开 “Tutorial”文件夹，保证文件类型为“All Files(*.*)”或“CIF(*.CIF)”，双击名为“c60”的文件弹出名 为“File Import Assistant”的窗口，点击“下一步”，在弹出的“File Format”窗口中保证File后面为 “Crystallographic Information File(CIF)”，点击“下一步”，在弹出的“Picture Creation”窗口中If the dataset is a crystal后面下拉选项中选中“Create a blank picture”，点击“下一步”，在弹出的窗口中点 “完成”出现一个“c60S1252286picture1”空白窗口，此时观察右边的“Data brief”窗口，c60的晶 体结构数据已经存在了点“Build | Fill | unit cell”，将出现c60晶体一个晶胞的模型 我们知道，c60是一个由60个c原子形成的分子，下面我们利用c60晶体结构数据得到c60分子。

点“Build | Connect Atoms”，可以看到相邻的c原子都被连接起来，但并没有一个完整的c60分子， 点名为“Complete Fragments”的按钮， 可以看到晶胞外也出现了原子而且都被连接起来形成了完整 的c60分子从中我们可以看到c60分子堆积成了立方面心结构如果看不到连接原子的键，可 以点“Picture | Bond Design”， 在出现的“Bond Group Designs”窗口中可以选择“c-c”键的线型、颜色 和粗细，如下图） 图 11 我们也可以只建立一个c60分子，方法如下： 首先将已经得到的晶体模型删除，得到一个空白图片，或新建一个空白图片点“Build | Add atoms”，出 现名为“Add atoms”的窗口，选中其中任意一个c原子，点“OK”注意到在空白图片中出现了一个c原子， 点名为“Complete Fragments”的按钮， 就可以看到c原子都被连接起来的完整的c60分子(也可以在 出现一个c原子后，点“Build | Coordination Spheres”，在出现的“Coordination Spheres”窗口中点 “Apply now”数次，直到完整的c60分子完成)。

c60分子是笼形分子，所以我们得到的模型中的键很多，相互交叉，给看清楚原子的位置关系以 及各个面之间的关系带来麻烦，如果把每个六边形和五边形封闭起来，对看清楚位置关系非常有 帮助，下面我们将把c60笼中的每个六边形和五边形封闭起来要达到这个目的，我们要做的实 际上是构造多面体，但构造多面体需要有中心原子，而在c60笼形分子中并没有中心原子，所以 需要我们给加一个 选中c60分子中所有的原子 （在“No Tracking”状态下按下鼠标左键拖动即可出现虚线框，松开鼠 标后虚线框中的原子即被选中。