1引言

科研论文里面高端精美的晶体结构图是否曾让你心动不已?你是否也为如何通过科研绘图“丰富”自己的科研结果而发愁?无需聘请专业绘图团队,也无需求助指导老师,只需学会一款软件——Diamond,即可让自己的科研成果表述“高大上”起来!

众所周知,在材料、化工等领域,物质的晶体结构占据着举足轻重的地位。为了生动详细的描述和展示材料的晶体结构,我们需要将其进行可视化。而Diamond作为一款简单强大的晶体结构可视化软件,可以让你轻易的解决这个问题,绘制出如顶级科研杂志上那般漂亮的晶体结构图。

2软件介绍

Diamond是德国波恩大学CrystalImpactGbR公司开发研制的一个服务于化学专业的软件。它是一款在原子水平实现晶体结构可视化的软件,包括分子和聚合物扩展、多面体、搜索结构数据、自动和批量创建结构图片等功能,支持晶体结构着色和渲染以及批注。

利用该软件不仅能创建晶体模型,还能以各种形式(线状,球棍状或空间堆积状,多面体形式等)展示晶体模型,而且模型可以根据用户的需要自由旋转、移动和缩放,可以用着色方案对原子进行强调和渲染,也可以对晶体模型进行文字标注。Diamond的功能极其强大,除了上述功能外,通过将晶体结构可视化,可以展示晶体结构的构造原理,绘制出高端大气的科研图片,它广泛应用于原子,分子和固体化学以及表面和材料科学。迄今为止,Diamond经历了1.0、2.0、3.0、4.0等几代产品,其功能也在不断完善与更新,目前官网上(http://www.crystalimpact.com/diamond/v3download.htm)可见的最新的版本是Diamond4.6.2(图1)。复制接

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图1Diamond官网

图1

3安装教程

首先在官网上找到Diamond软件的下载地址,选择想要下载的版本,下载安装程序,以Diamond3.2为例进行下载安装,如图2所示。

图2Diamond3.2官网下载

图2

双击下载后的安装程序进入安装向导,即可成功安装Diamond3.2软件。

4操作详解

安装成功后,即可利用Diamond进行晶体结构可视化操作了。双击安装后的软件,并随意打开一个CIF文件,即可得到图3所示操作界面。值得一提的是,Diamond软件处理数据主要使用CIF文件,而如何找到对应物质的CIF格式文件,则需要读者在相关网站自行摸索,为方便初学者,笔者提供一个CIF资源常见网址:http://www.crystallography.net/cod/index.php。若链接失效,可联系我们:17318936377(微信同号)

4.1软件操作界面

如图3所示,Diamond3.2软件操作界面主要可以分为以下几大块:

1.菜单栏(红框):多种操作指令按照其功能分类。

2.顶部工具栏(蓝框):主要涵盖保存、新建和打印等标准工具,以及视频工具。

3.导航栏(绿框):可以在该区域快速访问其他选项,比如说结构图、数据表、距离与角度分析以及粉末衍射图样。

4.绘图窗口(黑框):也叫作主视窗,在该窗口能够观察到晶体的内部结构,是主要的工作区域。

5.底部工具栏(黄框):主要使用工具的操作区域,包括晶体的移动、转换、测量等基本工具。

6.表格和属性面板(紫框):显示主要的晶体结构数据,即数据摘要。

图3Diamond软件操作界面

图3

4.2实例操作

为了便于读者理解,笔者以绘制ZnS的晶体结构为例,进行基本的绘图操作讲解。

1.首先在Diamond中打开并导入ZnS的CIF文件,如图4所示。

图4打开CIF文件

图4

2.此时软件会自动运行“文件导入助手”程序,帮助我们正确的导入文件。第一页是欢迎页;第二页用来检查软件自动识别的文件类型是否正确,如果有错误可以在下拉菜单里面选择正确的文件格式;第三页用来选择是否自动让软件来绘制晶体结构图;第四页是最后一页,可以勾选“Donotshowthisassistantagain”,这样软件下次将会自动完成文件导入的操作,然后点击完成

3.然后软件会自动运行“结构图像绘制助手”,如图5所示;如果此前已经有其他结构图存在,则可以选择勾选“Destroyallatoms,bonds,ets.”复选框。

图5结构图绘制助手

图5

4.随后会进入原子显示方式设置界面,此处选择填充原子到单位晶胞“Fillcellrangewithatoms”,点击下一步。

5.在这个页面,可以设置其他一些与原子相关的结构。如创建晶胞边界,连接原子等。我们所绘制的ZnS的晶体结构为立方晶系,“S”占据晶格顶点,“Zn”占据晶格间隙位置,因此在这里我们选择“Createpolyhedraaround”,然后在中心元素那里输入“S”,点击下一步。

6.随后进入图像设计页面“Picturedesign”,本页面提供了图像设计的一些基本功能。如改变模型(球棍模型,线型,比例填充模型等),屏幕布局,背景颜色,显示质量,避免重复的原子主色等(图6)。

图6图像设计

图6

7.接下来,可以选择观察结构模型的方式。我们可以选择最佳投影,无变化,以及沿某一晶向观察。对于投影方式,我们还可以选择平行投影和中心投影。最后记得勾选上“Adjustenlargementfactorandpositiontofitpictureindrawingarea”以使图像大小自动调整适应绘图区,然后点击完成,如图7所示。

图7查看图像设置页面

图7

8.经上述步骤后,软件会自动绘制出晶体结构图片,缺乏立体感,也不是特别美观,因此后续的调整与美化必不可少。

4.3调整与美化

绘制出晶体结构后,需要对其进行全面的优化处理,主要优化工具处于菜单栏的“Picture”项目下,如图8所示红框。

图8图片美化主要调整工具

图8

首先进入“Picture”下的“Representation”,分别勾选渲染“Rendering”和灯光“EnableLighting”,

随后,进入“Picture”菜单栏下的“AtomDesign”项目,为原子设置合适美观的颜色及透明度。

图9设置原子颜色

图9

同样的,在菜单栏“Picture”下选择进入多面体设置“PolyhedronDesign”,根据自己的喜好以及美观程度,设置多面体填充的颜色、透明度以及多面体的边框。

在此基础上,我们还需要调节晶胞边框,也就是菜单栏“Picture”下的“CellEdgesDesign”设置,选择相应颜色并设置宽度。

最后,在图例处鼠标右击,打开弹出来的“legend”对话框,可以对图例的大小、颜色、字体以及边框进行调节。

图10图例调整

图10

4.4结构图的导出

经过上述优化调整,确定最终优化参数之后,就获得了开篇所提到的“高大上”晶体结构图,那如何导出呢?首先,我们需要设置图像的版式,在“Picture”菜单栏下选择“Layout”,在弹出的窗口中将其设置为位图“bitmap”,并设置分辨率为300,设置宽和高分别为2500和1875(分辨率越大,宽和高越大,导出的图片越清晰)(图11)。

图11调整图片版式

图11

版式调整完毕之后,在菜单栏的“File”项目下选择“Saveas”将其另存为“png”文件,即可得到输出的晶体结构图。需要注意的是,Diamond软件导出的图片自带水印,读者可利用PS等修图软件对其进行去水印操作,最终可得到图12所示的最终效果图。

图12最终输出图片

图12

以上就是Diamond晶体可视化软件的基础操作了,学会了的话,还不赶紧行动起来!