Materials-Studio绘制尖晶石(spinel-MgAl2O4)晶胞教程
用material studio 画晶胞及参数设置
第一种情况: 从程序自带的各种晶体及有机模型中导入体系的晶胞1．打开MS，由file>import>structures>metals\>pure-metals>Fe导入Fe的晶胞。
2．由build>Surfaces>cleave Surfaces打开对话框.在对话框中输入要建立的晶面（hkl），选择position，其中depth控制晶面层数。
3．进入build>Supercell，输入A 、B 、C的值，得到想要的超晶胞。
4．到该步骤，我们已经建立了一个周期性的超晶胞。
如果要做周期性计算，则应选择build>Crystals>buil d vaccum slab，其中真空层通常选择10埃以上。
如果建立团簇模型则选择build>Symmetry>Non-periodic Structure，去掉模型的周期性，并跟据自己的实际需要删除部分原子，得到想要的团簇模型。
5．在表面插入分子时通过菜单栏上的几个小图标添加即可。
第二种情况: 手动建模，优点是可控制晶格常数。
6．首先从文献中查到晶体的晶格常数的实验值。
7．打开build>Crystals>build crystals，可见到对话框。
在对话框中选择空间群与点群，然后在Lattice Parameter中设置晶胞基矢的长度及夹角。
8．然后打开build>Add atom，从对话框中输入坐标。
这里只需输入几个有代表性的原子的坐标，不必全部输入。
在坐标输入前首先在option页面中选择coordinate system，或者分数坐标或者卡迪尔坐标。
9．以下步骤重复2-5步。
10．需要注意的是，采取什么样的团簇并不是任意的。
原因是很多模型构造出来后在优化过程中往往不收敛。
要避免这个问题的办法是查阅文献，参考文献上模型进行选取，因为它们的模型通常是经过试验证实收敛的。
实验1：Materials_Studio软件简介及基本操作要点
《计算材料学》实验讲义实验一：Materials Studio软件简介及基本操作一、前言1. 计算材料学概述随着科学技术的不断发展，科学研究的体系越来越复杂，理论研究往往不能给出复杂体系解析表达，或者即使能够给出解析表达也常常不能求解，传统的解析推导方法已不敷应用，也就失去了对实验研究的指导意义。
反之，失去了理论指导的实验研究，也只能在原有的工作基础上，根据科研人员的经验理解、分析与判断，在各种工艺条件下反复摸索，反复实验，最终造成理论研究和实验研究相互脱节。
近年来，随着计算机科学的发展和计算机运算能力的不断提高，为复杂体系的研究提供了新的手段。
在材料学领域，随着对材料性能的要求不断的提高，材料学研究对象的空间尺度在不断变小，纳米结构、原子像已成为材料研究的内容，对功能材料甚至要研究到电子层次，仅仅依靠实验室的实验来进行材料研究已难以满足现代新材料研究和发展的要求。
然而计算机模拟技术可以根据有关的基本理论，在计算机虚拟环境下从纳观、微观、介观、宏观尺度对材料进行多层次研究，进而实现材料服役性能的改善和材料设计。
因此，计算材料学应运而生，并得到迅速发展，目前已成为与实验室实验具有同样重要地位的研究手段。
计算材料学是材料科学与计算机科学的交叉学科，是一门正在快速发展的新兴学科，是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科，是材料科学研究里的“计算机实验”。
计算材料学主要包括两个方面的内容：一方面是计算模拟，即从实验数据出发，通过建立数学模型及数值计算，模拟实际过程；另一方面是材料的计算机设计，即直接通过理论模型和计算，预测或设计材料结构与性能。
计算材料科学是材料研究领域理论研究与实验研究的桥梁，不仅为理论研究提供了新途径，而且使实验研究进入了一个新的阶段。
计算材料学的发展是与计算机科学与技术的迅猛发展密切相关的。
从前，即便使用大型计算机也极为困难的一些材料计算，如材料的量子力学计算等，现在使用微机就能够完成，可以预见，将来计算材料学必将有更加迅速的发展。
尖晶石的三种结构
尖晶石的三种结构尖晶石（Spinel）是一种矿物，化学式为MgAl2O4，属于单斜晶系。
它的晶体结构有三种主要形式，分别是正常尖晶石、反尖晶石和双尖晶石。
下面将详细介绍这三种尖晶石的结构。
1.正常尖晶石结构：正常尖晶石是最常见的尖晶石结构，它的晶体状呈现为立方体或八面体。
正常尖晶石晶体结构具有8个同等位置的离子坐标，其中4个位于正方形的平面上，另外4个位于正方形上下两端。
这种结构中铝离子和镁离子以三维的方式填充晶格。
每个铝离子都被6个氧离子包围，并且每个镁离子也被6个氧离子包围。
这种结构使得正常尖晶石呈现出良好的坚硬性和稳定性。
2.反尖晶石结构：反尖晶石是另一种尖晶石的晶体结构形式。
与正常尖晶石相比，反尖晶石中铝离子和镁离子的位置互换。
在反尖晶石中，铝离子通常占据正常尖晶石中的镁离子位置，而镁离子则占据铝离子的位置。
这种结构的变化导致了晶格的畸变，并且反尖晶石的晶体形状通常是六面体或柱状。
3.双尖晶石结构：双尖晶石是指同时存在正常尖晶石和反尖晶石两种结构的尖晶石矿物。
它的晶体结构与正常尖晶石相似，但其中一些离子位置被铝离子和镁离子的互换所占据。
这种结构导致了晶格的畸变，并且双尖晶石的晶体形状也与正常尖晶石有所不同。
双尖晶石通常呈现出八面体形状，但其中一些面可能会显示出六边形的形状。
总结起来，尖晶石的三种结构包括正常尖晶石、反尖晶石和双尖晶石。
正常尖晶石是最常见的形式，其晶格结构中铝离子和镁离子以三维的方式填充，呈现出立方体或八面体的形状。
反尖晶石与正常尖晶石相比，铝离子和镁离子的位置发生互换，导致晶格的畸变，晶体形状通常为六面体或柱状。
双尖晶石则是同时存在正常尖晶石和反尖晶石两种结构的尖晶石矿物，晶体形状通常为八面体，但可能包含一些六边形面。
这些不同的尖晶石结构不仅对其物理和化学性质产生影响，还使之具备了丰富的应用价值。
MaterialsStudio软件辅助晶体结构教学-最新教育资料
MaterialsStudio软件辅助晶体结构教学-最新教育资料Materials Studio软件辅助晶体结构教学0 引言晶体的结构及其规律性是固体物理课程的重要组成部分，同时也是材料科学与基础、固体电子学等课程的重要基础内容[1-4]。
其所涉及的晶体结构复杂，概念、原理抽象，学生普遍反映难学、教师感觉难教。
鉴于晶体结构的教学对于后续课程内容的基础地位，如何激发学生学习这部分内容的兴趣进而提高教学效果，教师教学观念的转变、教学方法的改进以及先进教学手段的引入就显得尤为重要。
Materials Studio是一款功能强大，操作简便且可在一般PC机上运行的分子模拟软件[5]。
该软件不仅能方便地建立各种晶体的三维结构模型，还能计算和模拟晶体的X射线、中子及电子等粉末衍射图谱，进而确定晶体的结构[6-7]。
本文选取晶体结构教学中晶体的结构及其对称性、晶胞/原胞、晶面/晶向、X射线衍射等概念及原理，使用Materials Studio分子模拟软件对这些知识点、概念及原理进行了可视化及具体的计算分析，以期为提高晶体结构的教学效果提供参考。
1 Materials Studio （MS）软件应用1.1 直观显示晶体结构，加深对晶体对称性的认识从MS软件菜单命令File→Import→Structure中导入不同的晶体结构，图1给出了超导体YBa2Cu3O7的晶体结构，向学生直观、生动形象地展示了YBa2Cu3O7晶体的3D结构，以开阔学生的视野；通过旋转、移动、缩放所建晶体结构，使学生从不同角度观察认识所建的晶体结构及其对称性；再从菜单命令Build→Show Symmetry→Symmetry Group，向学生讲解菜单对话框中各种符号的含义，加深学生对晶体对称性的认识。
1.2 晶胞、原胞的区别晶胞与原胞是晶体学中两个重要且易混淆的概念。
在教学中一般告诉学生原胞是晶体中最小的周期性重复单元，而晶胞是晶体最小周期性重复单元的几倍。
镁铝尖晶石
尖晶石型化合物属于等轴晶系，其结构中氧作最紧密堆积，阳离子填充四面体、八面体间隙，每个晶胞中8/64的四面体间隙和16/32的八面体间隙被填充。
镁铝尖晶石是具有相同晶体结构的氧化物中的一种，这种晶体结构称为尖晶石结构。
尖晶石组有二十多种氧化物，但只有很少数是常见的。
尖晶石组的结构式是AB2O4, 这里A代表二价金属离子，例如镁、铁、镍、锰和/或锌，B代表三价金属离子，例如铝、铁、铬或锰。
除非特别指明，本文的尖晶石表示MgAl2O4, 矿物尖晶石是二元系统MgO –Al2O3 的唯一化合物。
尖晶石族矿物的明显特征是，它是一种组分可被替代的固溶体，尖晶石组分中一种或两种都可以被这组矿物中的其他组分大量的代替，而且是在晶体结构不改变或晶格没有任何变形的情况下。
镁离子和铝离子都可被较小尺寸的其他离子代替，保持电化学平衡。
因此尖晶石族矿物有很多种固溶体。
另外，随温度的增加，MgAl2O4 相区域增加，尤其是朝着氧化铝含量较高的方向增加。
通过这个结构中金属离子和氧离子的空位保持电化学平衡。
以后将讨论这一特征，它在尖晶石抗钢渣的侵蚀上起很重要的作用。
2.2 物理性能镁铝尖晶石的熔点是2135℃，是熔点较高的耐火材料。
表1是MgO、Al2O3和尖晶石相的体积密度、热膨胀系数和热导率的对比。
这些相在热膨胀系数上的差别体现出尖晶石优异的抗热震性。
MgO和Al2O3生成尖晶石时，密度下降，体积增加，这使我们想到了技术应用上，例如生产浇注料，在浇注料里，MgO和Al2O3原位反应生作为耐火材料原料的尖晶石的天然资源还没有发现，因此尖晶石必须通过合成来制备。
尖晶石生产的两个主要途径是烧结和电熔。
大多数耐火材料使用的尖晶石是由高纯合成氧化铝和化学级氧化镁来合成的。
烧结尖晶石在竖窑中合成，电熔尖晶石在电弧炉中合成。
因为从动力学上说形成固态尖晶石是非常困难的，所以要求原材料很细、反应活性大。
烧结合成尖晶石的优点是它是一个连续的陶瓷过程，喂料速度可控，窑内温度分布均匀，可以生产出晶粒尺寸为30-80µm 和气孔率较低(<3%)的非常匀质的产品。
纳米mgo和mgal_2o_4尖晶石的制备与表征 -回复
纳米mgo和mgal_2o_4尖晶石的制备与表征-回复纳米MgO和MgAl2O4尖晶石的制备与表征引言：纳米材料因其独特的物理和化学性质，已经成为当今材料科学领域的研究热点。
其中，纳米MgO和MgAl2O4尖晶石材料以其优异的性能在催化、电子、光电和医学等多个领域展示了广泛的应用前景。
本文将重点介绍纳米MgO和MgAl2O4尖晶石的制备与表征方法及其在材料科学和应用中的应用。
一、纳米MgO尖晶石的制备与表征1. 制备方法：（1）溶胶-凝胶法：将适量的镁盐在有机溶剂中转化为溶胶，加入适量的表面活性剂并加热搅拌，使溶胶基体形成凝胶；将凝胶进行干燥和煅烧得到纳米MgO尖晶石。
（2）永磁球磨法：将镁粉和适量的矩阵粉体（如Al2O3）放入球磨机内进行机械合金化处理，随后通过热处理可以获得纳米MgO尖晶石。
（3）气相沉积法：将镁源和氧源在高温和高压的条件下反应产生纳米颗粒。
2. 表征方法：（1）透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）：利用TEM和SEM观察纳米MgO尖晶石的形貌、尺寸和分布情况。
（2）X射线衍射（XRD）：通过XRD技术分析纳米MgO尖晶石的相结构和晶体结构。
（3）比表面积测试：利用比表面积测试仪测量纳米MgO尖晶石的比表面积，评估其颗粒尺寸和孔隙特性。
二、纳米MgAl2O4尖晶石的制备与表征1. 制备方法：（1）共沉淀法：将镁盐和铝盐溶液在适当条件下缓慢混合，形成沉淀，经过水洗和干燥处理后，通过高温煅烧产生纳米MgAl2O4尖晶石。
（2）水热法：将适量的镁盐和铝盐溶解在水中，并加入适量的硝酸铵，将混合液封装入高压容器中，在高温高压条件下反应形成纳米MgAl2O4尖晶石。
2. 表征方法：（1）X射线衍射（XRD）：通过XRD技术分析纳米MgAl2O4尖晶石的相结构和晶体结构。
（2）傅里叶变换红外光谱（FTIR）：通过FTIR分析纳米MgAl2O4尖晶石的分子结构和化学键信息。
（3）能谱分析（EDS）：通过EDS技术分析纳米MgAl2O4尖晶石中元素的相对含量，评估制备方法的纯度和合成质量。
尖晶石(Spinel)
镶嵌“泰米尔”尖晶石项链，红尖晶石重352.5ct。现为英Fra bibliotek伊丽莎白二世所有
←尖晶石项链↑
尖晶石（Spinel)
基本性质
矿物名称： 尖晶石 化学成分： MgAl2O4, 含Cr,Fe,Mn等元素 形态： 等轴晶系, 八面体晶 形 硬度： 8 光泽： 玻璃-亚金刚光泽 相对密度： 3. 60 折射率： 1.718-1.720 颜色： 红. 蓝. 黄. 绿. 紫色等 特殊光学效应： 四射或六射 星光效应
尖晶石的鉴别、评价与市场
鉴别特征（肉眼）
密度大，手掂有 重感，玻璃-亚金 刚光泽，刻面反 光好，硬度大， 棱角完整。 合成品： 色艳，色均匀， 光泽过于明亮， 内部特干净，弧 形生长纹
经济评价与市场
颜色，透明度, 重量为依据，价 格以红- 蓝-紫黄色依次降低。 世界产量相对大。
主要产地：
缅甸，斯里兰卡
利用软件Materials Studio标定晶体的晶面
通过软件Materials Studio对晶体的晶面进行标定
1、前期准备：
（1）可正常使用的Materials Studio软件
（2）晶体的.cif文件
2、双击桌面图标，得到如下窗口：
此时，可以选择Creat a new proj，点击OK，弹出如下窗口（如果选择Open an existing pro，点击OK，会打开之前已经命名好的文件）：
输入文件名字，我一般用日期进行命名，例如20200808-1，然后点击OK，如下新窗口：
将.cif文件（以TpPa-1的.cif文件为例）拖入软件界面中打开，得到如下窗口：
放大窗口，找到Reflex Tools图标,单击左键，选择“Powder Diffraction”
弹出一个新窗口：
修改角度范围，对于TpPa-1来说，可以将2-Theta:的Min改为3.000，Max 改为30.000，然后点击Calculate.得到新的窗口：
将鼠标光标放到相应的峰下边的绿色短竖线上，单击左键，在窗口的左下角即可看到晶面数据（Reflection：100,2-Theta:4.7）
备注：如果在点击绿色竖短线后左下角不出现晶面数据，则点击View，再单击Status Bar，使其前边带有对号√，即可。
如下图所示：。
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Materials Studio绘制尖晶石（spinel / MgAl2O4）晶胞教程1.打开MS，新建工作区，文件名需英文。
2.右键左边spinel→new→3D Ato
3 Build---crystals---build crystal。
弹出的对话框的enter group选择尖晶石所属晶系FD-3M,切换到lattice选项卡，输入晶格常数8.0831，然后点击build。
工作区按住右键拖动可以旋转图像，按住滚轮拖动可以移动图像。
4 Build---add atoms。
输入镁原子的相对位置a=0,b=0,c=0,然后按照图示顺序操作。
添加一个镁原子就可以了，系统会自动添加其它位置。
同理按照图示顺序添加：
O （0.375/ 0.125/ 0.125）
Al (0.625/ 0.125/ 0.125)
5右键黑色工作区，选择display style。
弹出的对话框中选择ball and stick.可以调整旁边的参数改变球径。
这时修改的是所有的原子。
鼠标左键点击选择一个原子可以调整该类原子直径。
同时可以在选项卡右上方改变原子颜色。
6 鼠标左键选择一根短棒，然后右键选择delete，可以删除短棒。
7 右键工作区，调出display style,切换到lattice调整max下参数可以调整各方向晶胞数。
选择2或更大，然后回退，可以去除建立单胞外的原子。
8 右键工作区选择display option，切换到backgrounds,可以更改背景颜色。
9.file---export---保存类型选择bmp即可保存为图片。