BEIJ-结题论文-电子衍射编程-晶体学计算

中央民族大学大学生创新训练计划结题论文URTPFinalThesisofMinzuUniversityofChina2014年3月8日项目编号：BEIJ2014110004项目类型：北京市大学生科学研究与创业行动计划指导教师：施洪龙项目成员：向恒宇、黄云鹤、向美丽、卢得民依托单位：理学院电子衍射编程——晶体学计算中央民族大学大学生创新训练计划结题论文2项目结题验收报告书本项目组经过一年周期的编程学习，部分完成预定目标任务，现将具体情况汇报如下：预期目标1.实现晶体学数据的交互式输入，利用输入的晶体学数据计算并叠加上相应的衍射环、衍射峰进行物相识别；2.在二维电轴电子衍射花样上实时取点，得出晶面间距和晶面夹角，并计算出可能的带轴。该晶体学模块将实现对二维电子衍射花样、一维强度分布度的晶体学分析；3.力争在相关领域发表1篇研究型论文。完成情况1.实现了晶体学数据的交互式输入，利用输入的晶体学数据计算晶面间距、晶面夹角、晶向夹角及晶带轴；2.在一维电子衍射图上添加衍射峰，实现了一维尺度上的物相识别；3.对已知晶体，根据给定的d值及误差范围，我们可以得到可能的d值及其对应的（hkl）值，给出两组d值就能计算出所有可能的带轴；4.因指导老师科研与本项目有一定交叉，有一篇指导老师发表的论文中项目组有小部分工作。学术及应用价值该项目着力解决传统的X射线衍射技术和选区电子衍射技术在纳米材料晶体学分析中的瓶颈，综合两种技术的优点，开发晶体学分析软件对特定形貌、特定颗粒大小的纳米材料实现简单、快捷的衍射数据处理和包括物相识别等的晶体学分析，为纳米材料的制备、材料制备工艺的改进提供一定的实验和晶体学基础。该方法可进一步拓展到块体材料中，为新型功能材料、智能材料的开发提供快捷的晶体学分析方法。中央民族大学大学生创新训练计划结题论文3研究存在的不足或欠缺由于各种原因，目前未能实现对二维电子衍射花样的晶体学分析：二维尺度的物相分析及对应尺度衍射花样上实时取点未能实现，晶面间距和晶面夹角及可能的带轴计算均受到一定程度的阻碍和限制。此外，根据d值提取对应的（hkl）进而计算可能的带轴，这一方法的操作较为繁琐；对于pdf卡片导入DM软件添加至系统的默认晶体学数据库，我们还需对导出的pdf卡片进行一定的编辑方可导入。经费使用情况本项目购买材料、仪器及文印费等共花经费10000元。指导教师意见：作为指导教师，我已阅读该报告和论文，项目成果真实可靠，无学术不端现象，同时论文行文规范，无较大格式、语法错误。签字（手签章无效）：日期：年月日中央民族大学大学生创新训练计划结题论文4项目发表论文情况[1]施洪龙，雒敏婷，王文忠，已知晶体电子衍射指标化中的实际问题，电子显微学报，34(1)，44-51，2015中央民族大学大学生创新训练计划结题论文5摘要纳米材料优异的物化性质取决于该材料的形貌、颗粒大小以及晶体结构。但由于纳米材料自身的特点，使得利用X射线衍射和选区电子衍射进行晶体学分析相当困难。为结合以上两种分析技术的优势，我们提出一种针对纳米材料的晶体学分析方法。本项目基于DigitalMicrograph软件进行编程，实现了晶体学数据的交互式输入，利用输入的晶体学数据计算晶面间距、晶面夹角、晶向夹角及晶带轴；在一维电子衍射图上添加衍射峰，实现了一维尺度上的物相识别；对已知晶体，根据给定的两个d值及误差范围，得到可能的d值及其对应的（hkl），计算出所有可能的晶带轴。这为纳米材料的晶体学计算及分析提供了较为快速、便捷的分析手段和方法。关键词：纳米材料；晶体学分析；编程；物相识别中央民族大学大学生创新训练计划结题论文6AbstractTheexcellentphysicalandchemicalpropertiesofnanometermaterialaredeterminedbytheshape,sizeandstructureofthecrystal.Duetothecharactericticofnanometermaterial,it`shardtouseX-raydiffraction(XRD)anddistrictelectrondiffractionmethodtoanalysisthecrystal.Wepresentanewmethodthatcombinetheadvantagesofmethodsthatabovetoapplyonthecrystallographyanalysisofnanometermaterial.Inthispaper,weusetheDigitalMicrographtoprogram,realizingtheinteractiveinputofcrystallographydata,andthenusethesedatatocalculatetheinterplanarspacing,theinterplanarangle,theinterdirectionangleandthezoneaxis.Weadddiffractionpeakstoaone-dimensionalelectrondiffractiongraphtorealizethephaseidentificationontheone-dimensionalscale.Accordingtothevaluesoftwointerplanarspacingsandtheirerrorrangeofthereferencecrystal,wecangetallpossiblevaluesofinterplanarspacingsandcorresponding(hkl),andcalculateallpossiblevaluesofzoneaxis.Thesemethodsprovideaquickandconvenientwaytocrystallographiccomputingandanalysisofnanometermaterial.KeyWords:nanometermaterial;crystallographyanalysis;programming;phaseidentification中央民族大学大学生创新训练计划结题论文7目录前言......................................................................8正文........................................................................9一、晶体学分析简介..................................................................................................................................9（一）晶系..........................................................................................................................................9（二）晶格常数..................................................................................................................................9（三）晶向指数、晶面指数与米勒指数..........................................................................................9（四）晶面间距及晶带轴................................................................................................................10二、程序主要功能....................................................................................................................................10（一）晶系选择................................................................................................................................10（二）选择系统默认数据库中的晶体.............................................................................................11（三）添加样本数据至系统默认数据库.........................................................................................11（四）输入晶格常数.........................................................................................................................11（五）晶面间距、晶面夹角、晶向夹角及晶带轴的计算（以晶面间距计算为例）................12（六）计算及清除按钮....................................................................................................................12（七）“AddPattern”按钮，列出d值表，添加峰位，实现一维的物相识别......................12（八）“MovePattern”按钮，移动峰位适当修正，增加物相识别的准确性........................13（九）“Find(hkl)”按钮寻找满足条件的d值和与之对应的(hkl),计算出可能的带轴.....14参考文献...................................................................15附录.....................................................................16附录1CrystalTools.s计算程序源代码..........................................................................................16致谢.....................................................................83中央民族大学大学生创新训练计划结题论文8前言纳米材料指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，具有优良的物化性质，在催化、信息存储、生物传感、医药、环境污染处理等方面有着广阔的应用前景[1]。纳米材料的这些性能决于该材料的形貌、颗粒大小以及晶体结构，例如在Ag纳米棒[2]中表面等离子的分布也与纳米棒的形貌存在明显的依赖关系；纳米粒子的发光性能、热电性能、弹性常数等性质也与晶粒大小存在明显关联。因而，对纳米材料进行简易、快捷的晶体学分析和形貌表征在纳米材料研究及应用过程中所起的作用不言而