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实验课成绩

学生学号

0121401100505

武汉理工大学

学 生 实 验 报 告 书

实验课程名称 材料设计与理论计算实验 开 课 学 院 材料科学与工程学院 指导老师姓名 学 生 姓 名 学生专业班级

2016 — 2017 学年 第 2 学期

实验项目名称 实验者 同组者 XRD图谱分析 专业班级 实验成绩 组别 实验日期 2017年4月 第一部分：实验分析与设计 一、实验内容描述（问题域描述） 使用Material Studio软件Relfex Plus模块，从Fin31衍射数据处理得到Fin31的晶体结构。 二、实验基本原理与设计（包括实验方案设计，实验手段的确定，试验步骤等，用硬件逻辑或者算法描述） （一）实验方案与手段确定 该实验以Relfex Plus模块处理XRD图谱并指标化。 （二）实验步骤 1.数据导入处理与指标化 2.波利精修优化晶胞参数与确定空间群 3.结构建模与解析 4.Rietvld精修全谱拟合 （三）基本原理 粉末衍射解析结构的原理以及Reflex Plus模块 在多晶衍射装置中，众多小单晶在三维空间的衍射被压成一堆，失去了各hkl衍射的方向性。衍射峰间的对称性重叠模糊了每个hkl衍射强度分布曲线的轮廓，使得单晶结构分析中的最小二乘法结构修正法不能用于多晶衍射，因而通过粉末来解析结构是件相当困难的事情，以至于长期以来，粉末衍射法主要被当做物相鉴定的工具，蕴藏在粉末衍射图中丰富的结构信息无法提取。1967年，H.M.Rietveld鉴于计算机处理大量数据的能力，在中子粉末衍射结构分析中提出了全谱粉末衍射图最小二乘法拟合结构修正法，并取得了很大的成功。 1977年Malmros和Thomas,Young等人把这个方法引入到X射线粉末衍射分析中，从此，Rietveld分析方法的研究及在固体粉末材料中的应用开始迅速发展，在近年来达到了高峰。当然Rietveld分析方法并不是一种解析结构的方法，但它解析结构的优化与可靠性验证提供了强有力的手段。尤其是随着计算机技术的发展，一些新的实验技术如高分辨同步辐射、飞行时间脉冲中子衍射等的出现，使得通过粉末衍射数据来解析晶体结构的方法取得了突破性的进展，其中以Rietveld分析为精化手段的经验法和解析单晶的方法与Rietveld方法相结合的从头算法逐渐被人所接受。 经验法解析结构的关键是找到合适的“模板”，即结构与之类似的且结构已知的化合物。这一方法对于长期从事结构研究的专家是非常有用的，他们能很准确的判断与未知化合物结构类似的化合物。在此基础上，使用已知化合物的结构参数通过Rietveld分析方法来精化这些参数使之与未知化合物的粉末衍射数据一致，从而得到未知化合物的结构参数。在经验法中还有一种试差法，即人为的建立一个结构模型，然后应用Rietveld分析方法来精化结构参数，并不断的调整结构模型。经验法中的这两种思想都有其优缺点，前者解析方法简单，但不易找到好的结构模型，后者解析方法复杂，计算量大，但它能找到非常好的结构模型，即使没有“模板”。经验法解析结构的思路如图1.1所示：

Materials Studio是专门为材料科学领域研究者开发的一款可运行在PC上的模拟软件。它可以帮助你解决当今化学、材料工业中的一系列重要问题。支持Windows98、2000、NT、Unix以及Linux等多种操作平台的Materials Studio 使化学及材料科学的研究者们能更方便地建立三维结构模型，并对各种晶体、无定型以及高分子材料的性质及相关过程进行深入的研究多种先进算法的综合应用使Materials Studio成为一个强有力的模拟工具。无论构型优化、性质预测和X射线衍射分析，以及复杂的动力学模拟和量子力学计算，我们都可以通过一些简单易学的操作来得到切实可靠的数据。其中Reflex模块用以模拟晶体材料的X光、中子以及电子等多种粉末衍射图谱。可以帮助确定晶体的结构，解析衍射数据并用于验证计算和实验结果。模拟的图谱可以直接与实验数据比较，并能根据结构的改变进行即时的更新。包括粉末衍射指标化及结构精修等工具。粉末衍射指标化算法包括：TREOR90,DICVOL91,ITOandX-cell。结构精修工具包括Rietveld精修和Pawley精修。而Reflex Plus模块是对Reflex 的完善和补充，在Reflex标准功能基础上加入了已被广泛验证的Powder Solve技术。Reflex Plus 提供了一套可以从高质量的粉末衍射数据确定晶体结构的完整工具。包括粉末指标化、Pawley精修、解结构以及Rietveld精修。结构的全局搜索过程可以选用Monte Carlo模拟退火和Monte Carlo并行回火两种算法之一，求解过程中同时考虑到了优先取向的影响。 本实验还将使用MS.VAMP模块对结构进行模拟解析。MS.VAMP模块是半经验的分子轨道程序，适用于有机和无机的分子体系。可快速计算分子的多种物理和化学性质，其计算的速度和精度介于基于力场的分子力学方法和量子力学的第一原理方法。快速的VAMP程序可以为DFT程序提供了良好的初始结构以便进行精确的结构优化。经DFT优化好的结构可以用VAMP来计算各种性质和光谱。VAMP还可以向分子动力学模拟提供参数。MS4.0版本引入了ZINDO哈密尔敦函数，可计算包含过渡金属的有机金属体系的紫外光谱。 第二部分：实验调试与结果分析（可加页） 三、调试过程（包括调试方法描述、实验数据记录，实验现象记录，实验过程发现的问题等） 准备初始模型