Materials Studio官方教程（Help-Tutorials）- 使用晶体工具

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发布于2022-12-18

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简介：晶体结构可以导入 3D Atomistic 文档形式，但 Materials Studio 具有强大的晶体构建工具，可让您构建自己的晶体。在本教程中，您将导入预构建的晶体并使用 Materials Studio 中可用的可视化技术创建晶体的高质量图形图像，可以轻松地将其粘贴到其他基于 Windows 的软件程序中或保存。您还将通过将原子添加到预定义的晶胞中来构建新的晶体结构，然后计算晶体中原子和分子之间的键和氢键。

目的：介绍了强大的晶体构建和可视化工具，包括氢键可视化。

本教程重要节点：

导入和可视化组氨酸晶体-构建尿素晶体

1.导入和可视化组氨酸晶体

1.1将预建晶体结构导入 Materials Studio

Materials Studio 中包含一个结构库，其中包含从陶瓷材料到有机化合物的许多不同类型的结构。您应该导入称为组氨酸的分子晶体。

单击工具栏上的导入按钮。

导航到 Examples\Documents\3D Model\ 并选择文件 histidine_resolved.xsd。单击打开按钮。

1.2改变显示形式

Materials Studio 有一系列强大的显示选项，您将在本教程的课程中了解其中的一些。您将从基本的显示设置开始，例如球和棒。

右键单击 3D 查看器中的任意位置，然后从快捷菜单中选择显示样式。

这将打开Display Style对话框。

此对话框有几个选项卡，用于处理更改原子或表面的显示、周期性结构的晶格显示选项。

选择 Atom 选项卡上的 Stick 选项。

该模型从简单的线结构变为由圆柱体构造的棒状模型。

您可以看到系统中的双键显示为两个相互平行的圆柱体。如果您不希望显示区分bond orders，您可以使用显示样式控件将其删除。

取消选中bond orders复选框。

不同bond orders的显示样式现在相同。将显示样式更改为 Ball and Stick。

单击 Ball and Stick 单选按钮。

接下来，您将更改原子组的显示样式。您需要 CPK 样式显示氯原子。您必须首先选择所有氯原子。

按住 ALT 键并双击一个氯原子。

所有氯原子都变成黄色，表明它们被选中。现在，您只需更改显示样式。

单击 CPK 单选按钮。

氯原子的显示样式变为大 CPK (Corey-Pauling-Koltun) 球体，其半径取决于它们所代表的元素的范德华半径。然而，大多数结构在 CPK 尺寸稍小的情况下看起来更好，因此球体不会过多地主导结构。整体 CPK 大小可以按比例缩小。

单击 CPK 比例文本框并将值从 0.7 更改为 0.5。

通过单击向上箭头再次将 CPK 比例重置为 0.7。单击 3D 查看器中的任意位置以取消选择氯原子。

单元格显示也可以更改。

在Display Style对话框中选择Lattice选项卡。

Lattice 选项卡包含两个不同的区域。显示样式区域包含有关单元格表示样式和查看的单元格范围的信息。 Lattice 区域允许您更改单元格格框表示的样式。您将更改单元格显示样式。样式下拉列表包含四个选项：

Default – 分子被平移，使其几何中心位于单元内。

In-Cell – 所有原子都显示在晶胞内。

Original -显示由原子对称性定义它们的位置。没有额外的转变。

None – 既不显示原子也不显示晶格。

从Style下拉列表中选择 In-Cell。观察 3D 查看器中的变化。对Original选项重复此操作。最后，将Style设置恢复为Default。

现在，更改范围值，以便显示多个单元格。

在 Range 部分中，单击 A 参数的 Max 框并将值从 1.00 更改为 3.00。按 TAB 键。

x 方向显示三个单元格。现在类似地增加 B 和 C 值。

将 B 的最大值从 1.00 更改为 3.00，将 C 的最大值从 1.00 更改为 5.00。每次更改后按 TAB 键以应用新设置。

单元格在所有三个维度上扩展。暂时不要旋转结构。当您拥有此数量的单元时，您可能需要移除晶格以改善材料的可视化。

单击 Lattice 部分中的 None 单选按钮。关闭显示样式对话框。

格子从显示器上移除。

现在您已经很好地表示了结构，您可以提高最终输出图像的质量。最好将此阶段留到最后，否则，处理图像所需的计算时间可能会变得过多。

从菜单栏中选择View | Display Options。

这将打开“显示选项”对话框。

注意：也可以通过右键单击 3D Atomistic 文档并从快捷菜单中选择Display Options。

图形选项卡上的投影命令允许您选择正交投影或透视投影。对于大型结构，例如您正在可视化的结构，透视投影很有用。

选择Perspective按钮。

显示变为透视图并且结构被放大。要返回结构适合屏幕的视图，单击Fit to View按钮。

单击 3D 查看器工具栏上的Fit to View 按钮。

提示：质量设置用于屏幕输出和打印输出，它们的外观应该相似。此设置的影响取决于您计算机上可用的图形支持。

如果您打算打印结构，则应将背景颜色更改为白色。

选择Backgrounds选项卡。单击颜色控件以显示颜色选择器并选择所需的颜色。

这个结构应该和这个类似。

您现在可以将此结构导出为可插入任何文档的位图。

从菜单栏中选择File | Export…打开 Export 对话框。从Save as type下拉列表中选择Structure Bitmap (*.bmp)。输入文件名并单击保存按钮。

如果您需要更大版本的结构，例如海报，您可以使用“导出”对话框上的“选项…”按钮来增加输出分辨率。在进入下一部分之前，将投影改回正交，然后从项目中删除 histidine_resolved.xsd。

在Display Options对话框中，将Projection更改回Orthographic。

关闭选项对话框，然后关闭 histidine_resolved.xsd。单击对话框上的NO按钮，询问您是否要将文档保存为项目的一部分。

2.构建尿素晶体

现在您已经了解了可视化功能，您将构建一个尿素晶体。您将通过构建一个晶体单元并将原子放入单元中来做到这一点。

2.1 构建晶胞

单击 New 按钮并从下拉列表中选择 3D Atomistic Document。

现在您有了一个空的 3D Atomistic 文档，您可以构建您的单元格。在本节中，您将只构建一个单元，但不向其中添加任何原子。

从菜单栏中选择Build | Crystals | Build Crystal…。

这将打开 Build Crystal 对话框，其中包含三个选项卡，标题为 Space Group、Lattice Parameters 和 Options。您应该构建一个具有 P-421m 空间群的单元，其晶格参数为：

您可以输入空间组信息作为空间组的名称或编号，也可以从下拉列表中选择一个。

单击Enter group并输入 P-421m。按 TAB 键。

这会将空间群设置为 113 P-421M，并且空间群信息框会更改以显示空间群的详细信息。 Operators 框也使用与该空间群相关的对称操作进行更新。

下一步是设置晶格参数。

选择Lattice Parameters选项卡。

这将显示晶格参数。由于所选空间群的对称性，只能设置某些参数。在长度字段下，说明了对称性隐含的约束。在这种情况下，参数 a 必须等于 b。

单击 Length a 文本框并将值更改为 5.576。

b 值会更改以反映您为 a 输入的值。

单击 c 文本框。输入值 4.686。

您现在已准备好构建您的单元格。

单击Build Crystal对话框中的Build按钮。

对话框将自动关闭，并在 3D 查看器中显示一个空单元格。在开始将原子引入单元之前，最好将默认显示设置更改为 Ball and Stick。

从菜单栏选择Modify | Default Atom Style打开 Default Atom Style 对话框。选择 Ball and Stick 选项并关闭对话框。

现在您可以开始将原子添加到您的单元格中。

从菜单栏中选择Build | Add Atoms。

这将打开“添加原子”对话框。

Add Atoms 对话框允许您指定要添加的原子、要给该原子起的名称以及 a、b 和 c 分数坐标。选项卡包含额外的键设置以及分数或笛卡尔坐标的选择。您将以分数形式输入坐标。由于空间群的对称性如此之高，您只需输入三个重原子和两个氢的坐标。在某些情况下，对称性要求较低，您可以在构建初始模型后使用调整氢工具添加氢。

提示：氢只能在没有对称图像的非金属原子上进行调整。

您要添加的原子的坐标是：