VESTA软件在晶体结构教学中的应用

以晶体结构教学为例,引导学生利用VESTA软件搭建典型晶体的晶胞模型可大大激发学习兴趣,降低认知难度。通过金刚石、金属镁、金属铜、氯化钠、萤石等晶胞模型的搭建,空间充填模型的旋转与观察,晶面及配位多面体的插入,帮助学生突破原子分数坐标、空间利用率计算、晶体空隙的洞察等难点,是VESTA支撑下的具体教学策略。学生在体验真实建模的过程中加深了对认识原型的理解,收获了知识与快乐,发展了证据推理与模型认知这一化学学科核心素养。     

Materials Studio软件辅助中学化学教学*——以晶体结构为例

引入一种新的化学软件--Material Studio(MS),利用其晶体结构数据库和立体演示功能辅助晶体结构教学,并设计了典型化合物晶胞结构以及金属晶体晶胞堆积的演示实例和教学过程。MS软件的晶体结构演示功能简单易学,能帮助学生更好地掌握晶体结构知识点,实现个性化教学和学生自主学习,提高课堂教学效率。     

运用Excel软件绘制晶胞直观图

新教材选修3<物质结构与性质>中"晶体结构与性质"一章中引入了晶胞概念,在课堂教学和试题命制时经常需要绘制晶胞示意图,晶胞示意图的直观、精确无疑是基本要求,但在目前的教学中,我们往往借助于网络寻找一些晶胞示意图,这些图一般不能编辑,因而经常不能很好地满足教学的需要.     

虚拟现实技术在化学分子结构教学上的应用简介

利用开源免费的软件VESTA，Jmol以及Blender制作金刚石晶体结构和氨气分子空间结构的VR3D动画，通过简单的、交互式的网页设计和VR眼镜来体验虚拟现实技术所提供的沉浸式的体验感来激发学生的学习兴趣，为化学分子结构教学提供参考。     

Mercury软件在配位化学教学中的应用*

以配合物Zn(2,4′-bpt)2(H2O)晶体结构为例,探讨了Mercury软件在配位化学教学中的应用。首先在构建零维晶体结构基础上,通过氢键连接形成一维链,明确了该配合物的结构特点;其次,测量了键长、键角和二面角等,定量地解释了化学键参数信息;最后,结合配合物粉末衍射实验数据与模拟数据对比,分析了样品的纯度。Mercury软件可在微观结构层次实现配合物在多维空间排列组合的可视化展示,使学生直观地理解配合物结构的抽象概念。     

“发现”密堆积:基于3ds MAX软件的金属晶体教学设计

利用3ds MAX软件对金属晶体进行实时三维建模,在课堂上引导学生从简单立方晶胞开始,采用“修改-试错-验证”模式,逐步构建出立方晶系的所有晶胞。使学生在好奇心驱动下逐步理解并自主“发现”知识,探究密堆积的特点与条件,最终建立晶胞结构与堆积的关系。通过学生的主体参与,将知识传授与能力培育相融合,提升学生化学学科核心素养。     

基于复杂分子结构模型建构的项目教学案例*——探秘血红素

本研究基于可视化软件VESTA和生物大分子空间结构数据库(PDB)将血红蛋白的结构模型可视化,切割出其功能单元“血红素”并将其晶胞内分数坐标转化为可供学生搭建的三维直角坐标。在课堂上尽可能还原了科学家破解复杂分子结构的一般方法及步骤,学生在项目实施过程中动手搭建血红素原子位置模型,利用键长数据判断原子间的成键关系,并利用模型解释血红蛋白载氧和中毒的机理,发展了证据推理与模型认知等学科核心素养。     

运用Mercury软件辅助高中晶体结构教学

针对晶体结构教学的抽象性,运用Mercury软件辅助教学,该软件具有读取晶体信息文件、显示或编辑多种样式的晶体结构图等功能,能实现晶体配位数、晶体堆积方式、晶胞模型建构、晶胞微观结构分析等知识点的可视化教学,使教学有据可依,有助于发展学生宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的化学学科核心素养,是信息技术与学科教学整合...     

竞赛试题中晶体结构的空隙问题

全国高中生化学竞赛试题十分重视晶体结构的考查,以填隙的视角认识晶体结构有助于竞赛选手正确理解某些晶胞的结构特点;堆积球中空隙的形状、位置和分布特征对认识晶体的结构和性质均十分重要。     

“多角度欣赏面心立方晶胞”教学设计*

尝试利用“火花学院”App等在线交互资源,引导学生从立体几何及密置层堆积模型视角,观察、描述、绘制面心立方晶胞的正四面体填隙、正八面体填隙、三视图和沿体对角线投影图像,加深学生对以面心立方晶胞结构为基础的CaF₂→金刚石晶胞、NaCl→钙钛矿晶胞结构的理解;再结合新型材料透明镁铝尖晶石晶体结构的探讨,了解晶体制备中的掺杂改性等常用方法,发展学生的微观探析能力和科学创新意识。     

Materials Studio和VESTA等软件在电化学教学中的应用

在电化学授课过程中应用Materials Studio和VESTA等软件对电极材料结构及催化剂催化活性的影响因素等知识点进行辅助教学,使相关的教学内容变得形象、简单。这不仅激发了学生对电化学课程的学习兴趣,提高了课堂教学效果,更有利于培养学生的科研思维和探索能力。     

基于键价理论的晶体及表面结构分析软件

用Visual C＋＋语言设计制作了分析晶体及其表面的BVStr软件.它的最大特点在于以Pauling键价理论为基础，并适用于PC机的Windows操作系统.软件在重点对晶体体相的（包括配位）结构和表面结构进行计算的同时，还计算了它们的键价数据.另外软件还配有二维和三维结构演示功能以及某些结构计算小工具.因此本软件不仅适合于研究体相及表相结构的稳定性及其演化，同时也可以用于教学.     

半导体电极的平带电位

平带电位(E_(fb))是半导体/电解质溶液体系的重要概念,是半导体电极在平带状态时的电极电位,它是半导体电极特有的可以实验测定的物理量。利用Mott-Schottky曲线以及光电化学等方法可以测定平带电位,判断半导体的类型以及估算半导体的载流子浓度,其数值可用于推测半导体的能级结构,确定半导体材料的价带或导带能级位置。这对于与太阳能开发利用相关的半导体光催化和光电化学研究都是非常重要的。本文分析了半导体电极的能带弯曲及影响因素,首次提出半导体界面层内费米能级弯曲,阐明半导体电极平带电位的物理意义及其测定方法,以帮助初学者理解和应用平带电位。     

第29至31届高中化学奥林匹克竞赛晶体结构试题解析

以第29-31届全国高中化学(奥林匹克)竞赛中晶体结构试题为例,从基础知识角度出发,对试题内容进行探讨,对命题思路及解题策略进行了分析,拓展了晶体结构类试题的研究背景和相关知识,引导读者了解试题背后的科学思想,感受化学学习的乐趣,并对今后化学奥赛中该类试题进行了展望,供参赛老师和学生参考。     

Vibration-induced change of crystal structure in isotactic polypropylene and its improved mechanical properties

In order to understand the formation of different crystal structures and improve the mechanical properties of isotactic polypropylene (iPP), melt vibration technology, which generally includes shear vibration and hydrostatic pressure vibration, was used to induce the change of crystal structure of iPP. iPP forms α crystal structure in traditional injection molding. Through melt vibration, crystal orientated and its size became smaller, and a change of crystal structure of iPP from α form to β form and γ form was achieved. Therefore, the mechanical properties of iPP were improved. At high melting temperature (230 °C), only β form can be induced. At low melting temperature (190 °C), either β form or γ form can be induced, depending on the combination of frequency and vibration pressure. © 2004 Wiley Periodicals, Inc. J Polym Sci Part B: Polym Phys 42: 2385–2390, 2004     

高分子结构与性能关系原理-结构层次的意义

高分子结构是高分子性能的重要物质基础,对其结构进行合理的划分,有助于准确把握高分子物理知识体系的内在脉络。高分子结构层次的划分不仅要思考静态时特定质点在空间的堆砌特征,而且也要考虑结构出现运动或是变化的基本单元。按照质点尺度的不同,高聚物的结构可以分为单一高分子结构(链结构)、多个高分子结构(凝聚结构)和多种高分子结构(织态结构)三个主要层次。其中,化学因素所确定的链结构层次包括相对分子质量以及构造、构型等同分异构体形式;物理因素所确定的结构层次为高分子局部质点集合在空间的堆砌和排列;链段是容易被忽视、但又是最为重要的运动(变化)单元。     

Structure prediction, disorder and dynamics in a DMSO solvate of carbamazepine

We have applied crystal structure prediction methods to understand and predict the formation of a DMSO solvate of the anti-convulsant drug carbamazepine (CBZ), in which the DMSO molecules are disordered. Crystal structure prediction calculations on the 1:1 CBZ:DMSO solvate revealed the generation of two similar low energy structures which differ only in the orientation of the DMSO molecules. Analysis of crystal energy landscapes generated at 0 K suggests the possibility of solvent disorder. A combined computational and experimental study of the changes in the orientation of the DMSO within the crystal structure revealed that the nature of the disorder changes with temperature. At low temperature, the DMSO disorder is static whilst at high temperature the DMSO configurations can interconvert by a 180° rotation of the DMSO molecules within the lattice. This 180° rotation of the DMSO molecules drives a phase change from a high temperature dynamically disordered phase to a low temperature phase with static disorder. Crystallisation of a DMSO solvate of the related molecule epoxycarbamazepine resulted in a different degree of DMSO disorder in the crystal structure, despite the similarity of the carbamazepine and epoxycarbamazepine molecules. We believe consideration of disorder and its contribution to entropy and crystal free energies at temperature other than 0 K is fundamental for the accuracy of future energy rankings in crystal structure prediction calculations of similar solvated structures.     

Fluoro-substitution in hydrogen bonding liquid crystal benzoic acid: dielectric,electro-optic and optical proprieties and inducing polar nematic phase

ABSTRACT

Dielectric and electro-optic properties have been studied in order to understand the effect of the fluoro-substitution on hydrogen bonded liquid crystal proprieties. The fluoro-substitution alters the characteristics of pure LC structure and changes its physical parameters. In the present paper, variation in physical parameters like dielectric permittivity, response time, elastic constant, rotational viscosity etc. has been explained based on many factors. In addition, the fluorine substitution has lead to the appearance of the polar nematic phase.     

Direct Observation of an Anomalous Spinel‐to‐Layered Phase Transition Mediated by Crystal Water Intercalation

The phase transition of layered manganese oxides to spinel phases is a well‐known phenomenon in rechargeable batteries and is the main origin of the capacity fading in these materials. This spontaneous phase transition is associated with the intrinsic properties of manganese, such as its size, preferred crystal positions, and reaction characteristics, and it is therefore very difficult to avoid. The introduction of crystal water by an electrochemical process enables the inverse phase transition from spinel to a layered Birnessite structure. Scanning transmission electron microscopy can be used to directly visualize the rearrangement of lattice atoms, the simultaneous insertion of crystal water, the formation of a transient structure at the phase boundary, and layer‐by‐layer progression of the phase transition from the edge. This research indicates that crystal water intercalation can reverse phase transformation with thermodynamically favored directionality.     

光子晶体非线性效应全光开关研究

全光化以其快速传输处理信息的优点已成为当前的研究热点,其中全光开关在全光化中发挥着重要作用。本文利用平面波展开法与超原胞技术相结合的方法,对光子晶体结构的能带分布进行了研究,并对其禁带特性进行了分析,确定了以四方晶系为结构基础进行全光开关的设计研究。此外,在四方晶系结构基础上设计了波导与谐振腔耦合的全光开关结构,利用时域有限差分法进行模拟仿真,对电磁场分布图进行了研究。并在此基础上对结构进行了设计优化,使开关的性能得到提升。通过对光子晶体禁带特性的研究和对全光开关的仿真结果的分析,本文证实基于光子晶体的非线性克尔效应可以设计出开关性能较为优异的全光开关结构,并可减小全光开关的尺寸和反应时间。