1引言

“晶体结构可视化软件VESTA使用教程(上篇)”一文中,我们对VESTA软件进行了基础介绍,并详细地叙述了如何利用该软件建立晶体结构和查看晶体结构信息。但以上内容仅为九牛一毛,关于VESTA可视化软件的应用和功能还有很多,要想最大化利用该软件,就应该充分掌握其功能。因此,接下来我们在本文继续对如何使用VESTA软件来调整晶体结构以及美化晶体结构等方面进行深入的讲解。

2调整晶体结构

首先打开安装的VESTA软件,直接导入ZnS的晶体结构文件,或手动建模,具体方法参照上文,此处不再赘述。

2.1调整晶胞参数

在图1的VESTA主界面上,我们依次按照“Edit→EditData→UniteCell”的操作,打开了“EditData”界面,如图2所示。在该界面上可以对晶胞参数进行调整,即图中红色方框标记处。由于此处使用的ZnS是立方结构,因此这里只能对晶胞长度a进行调整。

图1打开UniteCell页面 图2调整晶胞参数

图1

2.2降低晶体对称性

有时候我们需要将晶体的对称性降低至“P1”,目的是为了方便对晶体结构进行修改。从图1-2中可以看出,由于对称性的存在,S和Zn原子只有一个等效位点,并且有些晶体点阵参数不能修改。因此,我们可以通过“Removesymmetry”的操作来去除晶体对称性,进而修改点阵参数,具体如图3-5所示。从图4中可以看出,点击“Removesymmetry”后,所有的点阵参数都可以修改了,同时也极大地增加了原子等效位置种类(图5)。

图3修改点阵参数 图4原子等效位置

图2

2.3增加原子种类和调整原子位置

按照图6的操作,依次点击“Edit→EditData→Structureparameters”,打开了“Structureparameters”页面(图7),单击“New”并输入原子参数就可增加原子,本文以添加Na原子为例,在红色方框内输入Na的原子参数,就可以得到对应的原子信息(图8),点击“Apply”后能在VESTA软件的绘图区域观察到一个绿色Na原子的存在,如图9所示。此外,如果先选中已有的原子,则可以对原子位置进行调整。

图6打开“StructureParameters” 图7“StructureParameters”主界面

图3


图8增加原子种类 图9增加一个Na原子(绿色)

图4

2.4删除原子

在进行VESTA软件实操时,有时候根据情况需要删除原子,常见方式分为以下两种:(1)真正意义上的删除:如图10所示,选中原子序号,点击删除即可;(2)表观删除:如图11,选中原子,按下“Delete”即可。此时原子仅仅不显示,进入“EditData”选项卡中的“Structureparameters”页面可以发现原子还是存在的,再次点击“Appy”就可以重新显示出来,如图12所示。

图11表观删除原子 图12查看原子信息

图5

2.5构建超晶胞

“EditData”选项卡中的“UnitCell”页面中单击“Transform”,弹出包含转换矩阵信息的界面(图13);如图14所示,在该界面中输入转换矩阵(这里表示“b轴×2”),并单击“OK”;系统会自动回到如图15的界面,然后点击“Apply”就可得到如图16所示的结果。


图13点击Transform键 图14输入转换矩阵

图6


图15点击“Apply” 图16构建好的超晶胞

图7

3美化晶体结构

3.1修改总体外观

通过“View→OverallAppearance”即可打开总体外观调整界面,在此处可以对绘图窗口图形的总体外观进行调整,主要包括背景颜色、光源、投影方式、显示大小和深度效果等重要参数。

3.2修改晶体结构显示方式

可以借助副面板中的Style功能改变晶体结构的显示方式(图19),以ZnS晶体结构模型为例,图20-24中分别展示了Ball-and-stick、Space-filling、Polyhedral、Wireframe和Stick在内的五种类型。

图19调整晶体结构显示方式 图20晶体结构显示方式

图8

3.3调整原子、键和多面体等显示特性

晶体结构中的晶胞边框、原子大小与颜色、键和多面体等显示特性都可以在“Properties”界面中进行调整。按照图25-26的方式,均可打开“Properties”的界面(图27)。

图27“Properties”的界面

图9

3.3.1调整晶胞边框和坐标轴

同样地,在“Properties”界面的“General”页面中,如图28的红色方框标记所示,我们可以轻易地调整是否显示晶胞边框、线框类型、粗细以及颜色。同时,也可对是否显示坐标轴坐标轴标签进行调整

图29调整晶胞边框和坐标轴前后对比图

图10

3.3.2调整原子大小和原色

“Properties”界面的“Atoms”页面中,我们可以对原子的大小和颜色等各种性质进行调整,本文以调整ZnS晶体结构中的S原子的颜色为例,调整前后的对比图如图30-31所示。

图30S原子的颜色(调整前)

图11

图31S原子的颜色(调整后)

图12

3.3.3调整键的显示

“Properties”界面的“Bonds”页面中,如图32所示,可以对键的各种显示方式进行调整,其中包括单颜色、双颜色和渐变线在内的六种类型。前述操作方式仅针对于晶体结构中存在“键”的情况,而对于原子之间不存在“键”的情况,可以按照

图32调整键的显示方式 图33打开“Bonds”界面

图13

3.4显示晶面

按照图35的方式,通过“Edit→LatticePlanes”的顺序打开编辑晶面的界面(图36),然后按照图37的操作,通过新建晶面来显示晶面。

图36编辑晶面的主界面 图37新建晶面

图14

4输出数据或图片

在完成建立、修改并美化好晶体结构之后,可以通过“File→ExportData”的方式输出结果,将其保存为各种数据文件或者图片(图38-39)。使用VESTA可视化软件绘制的图形既可以保存为“位图”,也可保存为“矢量图”,通常情况下我们选择保存为位图

图38将结果输出为数据文件或图片的方式 图39“ExportData”的保存界面

图15

值得注意的是,将结果保存为“位图”输出图片的时候,需要填写一个“Scale”因子,如图40所示。因子的数值越大,表明输出的图片越清晰,通常情况下“Scale”因子为3。最后,查看储存的结果信息,可以获得其种类、大小及储存路径等参数(图41)。

图40调整Scale因子 图41保存数据文件或图片的详情

图16

5其它功能

VESTA软件除了可以用来显示材料的晶体结构之外,也常常用来进行以下工作:(1)进行与简单的理论计算相关的晶体结构建模;(2)获取理论XRD谱图(图41-42);(3)查看与电子结构相关的理论计算结果(图43);(4)转化晶体结构文件类型

图42获得理论XRD谱图的方式 图43理论XRD谱图

图17

6参考文献

[1]朱纯.VESTA三维显示软件在结构化学晶体结构教学中的应用[J].广东化工,2016,043(014):394.

[2]K.MommaandF.Izumi,“VESTA3forthree-dimensionalvisualizationofcrystal,volumetricandmorphologydata,”J.Appl.Crystallogr.,44,1272–1276(2011).