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摘要：针对晶体结构教学中概念抽象、难以操作的特点，本文将FindIt软件引入到晶体结构的具体教学过程中，介绍了晶体结构研究软件的发展历程、FindIt软件的基本原理以及使用FindIt图形化界面在了解晶体结构的基本性质和晶体结构分析计算中的具体运用。实践证明，使用FindIt软件可以使抽象的教学内容更直观化、具体化，容易被学生理解和接收，能够激发学生的学习兴趣，提高教学效果，促进晶体结构教学的顺利开展。
关键词：FindIt软件；晶体结构；辅助教学
本文引用格式：朱海,王来国,耿同谋.FindIt在晶体结构教学中的应用探究[J].教育现代化,2019,6(93):257-258.
晶体结构教学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、材料化学等课程的重要基础内容。所涉及的晶体结构复杂难懂，概念原理抽象晦涩，理想晶形种类多，手工立体模型和平面图形无法全面表达其对称特性[1]，学生普遍反映难以学会，教师也感觉不好教。然而晶体结构的教学异常重要，是后续教学内容的基础环节。如何改进教学方法，提高教学效果，促进学生掌握运用，是晶体结构教学急需解决的重大课题。FindIt作为世界上最大的无机晶体结构数据库（The Inorganic Crystal Structure Database，简称ICSD）图形化处理软件，几乎囊括了所有无机晶体的结构信息，给材料的研究提供了很大的帮助。正是因为FindIt软件把这些结构信息图形化，它在晶体结构教学和研究中的作用值得我们更多的关注。
一 晶体结构研究软件的发展历程
为了深入理解和掌握晶体结构，人们开发了多种可视化空间模型，如最早的球棍模型，但是球棍模型制作耗时长，且只能表达一些简单的晶体结构。随着计算机技术的发展，大量的专业软件如Materials Studio[2]CrystalMaker[3]，Diamond[4]，Flash[5]等被用作晶体结构的模拟及构建，取得了很好的效果，但是这些软件普遍存在专业性较强，对计算机知识要求较高的问题，限制了初学者的使用。
ICSD数据库是由德国的The Gmelin Institute（Frankfurt）和FIZ（Fachinformationszentrum Karlsruhe）合办。它只收集并提供除了金属和合金以外、不含C–H键的所有无机化合物晶体结构信息。
FindIt可以用化学名和化学式、矿物名、晶胞参数、空间群、原子坐标、参考文献等各种信息对ICSD数据库进行检索，检索结果以列表形式显式。其可视化程序可以对晶体模型进行自由的缩放，旋转等操作，可以从任意角度对晶体进行观察和分析，全面了解晶体的结构特征。
二 使用FindIt图形化界面了解晶体结构的基本性质
晶体最基本的特征是具有周期性，并因此产生了晶体的很多基本性质，包括对称性，各向异性等。以CaTiO3为例，通过对FindIt有晶胞参数自动构建晶体结构的分析来了解晶体的基本性质。选择“Ca”、“Ti”、“O”三种元素并搜索，在新打开的列表中显示了所有这三种元素构成的同素异构体和晶胞参数有差异的同一空间群。选取序号为153174的钙钛矿结构，列表下方可见该结构的所有晶胞参数信息。点击工具栏田字格图标运行可视化程序，构建的晶体结构如图1所示。可以清楚的观察到3L4互相垂直且分别与面心O连线的结晶轴重合，4和L3分别位于三个顶点Ca连线的体对角线处，6个L2分别是由Ca-O-Ca连线的面对角线，3个P分别垂直于任一面心O连线的结晶轴，另外6个P分别处于两个结晶轴夹角平分线处；对称中心C位于Ti所处的体对称中心位置，因此该结构的所有对称要素是所有对称要素为3L44L36L29PC，通过该模型的晶体演示，原本晦涩难懂急需空间想象力的对称要素变得更加简单易懂，直观明了。
选取同为钙钛矿结构序号为43125的BaTiO3和序号为153174的CaTiO3对比，FindIt中可以查得BaTiO3和CaTiO3的晶胞参数分别是0.401nm和0.389nm，Ti4+和O2-离子中心距离分别是0.2005nm和 0.1945nm，而 Ti4+ 和 O2- 离子半径之和是 0.196nm，这说明Ti4+比BaTiO3中的氧八面体空隙小，因此BaTiO3单位晶胞中正负电荷中心不重合，产生了电偶极矩，所以在居里温度以下表现出良好的铁电性能。而Ti4+比CaTiO3中的氧八面体空隙大，因此CaTiO3不具有类似的铁电性质。
三使用FindIt图形化界面解决晶体学分析计算问题
金刚石属于立方晶系，空间群FD3-MS，如图2左所示。结构中一部分C作面心立方堆积，晶胞内C交替填充在8个立方体体心，即占据四面体空隙的一半。整个结构由这两种C各构筑一套面心立方格子然后沿体对角线四分之一叠加而成。其（110）投影图如如图二右所示，其中顶点C位于长方形顶点及长边中心位置，面心C位于长方形分割成两部分的中心位置，晶胞内C位于中轴线和长方形四分之一位置。如此分析，需要从三维立体向平面图形的转变，对于初学者来说，比较抽象难懂，但是采用FindIt图形化程序来说，仅仅需要把晶胞沿着其四次轴旋转45°即可得到（110）面投影图，其结构就比较简单，方便老师解释。
根据（110）面投影图可以进一步计算（110）面密度及金刚石晶胞空间占有率。FindIt中可查得金刚石晶格常数为a=0.35669nm，（110）面原子数为：
四 结语
利用FindIt软件，构建教学中所用到的晶体结构，并可以从任意角度对晶体进行观察和分析，使得晶体结构中一些抽象的概念，性质变得更加直观，形象和生动。智能性的启发和引导了学生对晶体结构的理解和把握，大大调动了学生的学习兴趣，从而获得了良好的教学效果。
参考文献
[1] 胡欢,董少春,王汝成,等.晶体三维可视化软件在结晶学教学与实验中的应用[J].实验室研究与探索,2018,37(06):203-206.
[2]徐勇,王志刚,刘科高,等,林均品.Materials Studio(MS)结构模拟重构在晶体结构教学中的应用[J].中国现代教育装备,2013(19):61-63.
[3]闫平科,高玉娟,卢智强,等.CrystalMaker Demo在结晶学与矿物学教学中的应用[J].科教导刊(上旬刊),2014(07):125-126.
[4]赵玉华.DIAMOND在晶体结构与性质教学中的应用[D].四川师范大学,2016.
[5]王国锦,柴尔峰.Flash软件在离子晶体结构教学中的应用实例[J].甘肃教育,2007(03):56-57.
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