一篇文章搞懂晶体学信息文件CIF及其获取方法

一篇文章搞懂晶体学信息文件CIF及其获取方法

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weixin_35094408/article/details/112525155

晶体学信息文件（CIF）是材料科学研究中常用的数据格式，用于存储晶体结构的详细信息。本文将详细介绍CIF文件的结构和内容，并提供多种获取CIF文件的方法，帮助读者更好地理解和应用这一重要工具。

什么是CIF文件

晶体学信息文件（Crystallographic Information File, CIF）是以“.cif”结尾的计算机文件（如图1），它包含了每个晶体的详细信息，如晶胞参数、原子坐标、文献资料等。它是进行晶体结构描述，解析，传播和表达时最常使用的文件格式，广泛应用于晶体结构绘图，XRD精修以及材料理论计算等各个方面，在材料科学中具有着重要的作用（如图1）。各种晶体/材料/计算处理软件，如Vesta，Diamond，GSAS，Mercury，Rasmal，Materials Studio，都以晶体信息文件作为输入或者输出结果。因此认识和获取CIF文件就显得极为重要。

图1 CIF文件示例及其作用

CIF文件内容解析

CIF文件的读取需要用到上面所述的晶体/材料学专门的软件，不过我们也可以用Windows自带的记事本和写字板打开，如图2所示。

图2 用Windows自带的写字板查看CIF文件

CIF文件包含的内容可以分为如下几个部分，下面我们就以NaCl的CIF文件为例：

1. 此CIF文件的下载来源，编辑和使用信息，见图3。此部分信息用处不大。

图3 CIF的文件内容1

2. 该CIF文件的数据编号以及CIF文件来自于哪个文献，包括作者名称，题目，杂志名称，页码，DOI等信息，见图4。这个方便我们在使用的时候进行引用。

图4 CIF的文件内容2

3. 该部分主要为晶体的结构信息，包括结构式，各个原子及其数量，空间群编码，晶系（cubic），空间群（Fm-3m），晶胞夹角（alpha, beta, gamma），晶胞包含的分子数Z，晶胞尺寸（a, b, c），晶胞体积（volume）等信息。

图5 CIF的文件内容3

4. 如图6所示，并没有截图完全，这部分的信息通常很长，不用管它，它主要描述的是晶体中的对称位置及其坐标信息。

图6 CIF的文件内容4

5. 如图7所示，这部分主要描述各个原子的参数信息，其中第1部分的描述分别竖排对应第2部分的信息，依次为：标签，符号，多重性，Wykoff标记，原子坐标（x, y, z），占位度，吸附的氢和原子位置计算标记。

图7 CIF的文件内容5

6. 最后一部分描述了原子的类型及其价态，如图8所示。

图8 CIF的文件内容6

CIF文件的获取

CIF文件的获取是最基础也是最重要的一步，这个问题也是新人最常问到的，下面我就将一些常见的获取方法介绍给大家。

1. COD数据库：http://www.crystallography.net/cod/index.php
   晶体学开放数据库（Crystallography Open Database，COD）是一个完全免费，开放的数据库，这也是我为什么将其排在首位的原因。点击左侧侧边栏的Search即可打开搜索界面。以NaCl为例，如图10所示，输入元素符号以及原子数量限制即可搜索出如图11所示的结果。然后，点击Links栏目下的蓝色的CIF文字即可下载（见图11）。

图9 COD网站的主页

图10 COD的搜索界面

图11 NaCl的搜索结果及下载链接（红圈）

2. Findit软件
   Findit是无机晶体结构数据查询软件。使用该软件也可以方便快速的查找到所需物质的CIF文件。如图12，它就是Findit软件的主界面。以查找NaCl的CIF为例，如图13所示，首先选择Type为Exclusive And（有且只有），然后选择Na和Cl元素，然后点击Search按钮，就可以得到如图14所示的搜索结果。随后，勾选需要的条目，然后另存为CIF文件即可，见图15。
   该软件需要购买或自行查找资源。

图12 Findit软件的主界面

图13 搜索NaCl的CIF文件示意图

图14 搜索结果

图15 选择并保存为CIF文件

3. ICSD：https://icsd.fiz-karlsruhe.de/index.xhtml
   无机晶体结构数据库（The Inorganic Crystal Structure Database，ICSD）由德国的The Gmelin Institute (Frankfurt)和FIZ（Fachinformationszentrum Karlsruhe）合办。该数据库从1913年开始出版，至今已包含近10万条化合物目录。每年更新两次，每次更新会增加2000种新化合物，所有的数据都是由专家记录并且经过几次的修正，是国际最权威的无机晶体结构数据库。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。包括化学名和化学式、矿物名和相名称、晶胞参数、空间群、原子坐标、热参数、位置占位度、R因子及有关文献等各种信息。
   该数据库不是免费的，不过许多大学都已经购买了该数据库，访问网址即可使用。检索方法也比较简单，就不介绍了。

图16 使用ICSD数据库查找CIF文件

4. 其他晶体学数据库：
   PCOD（Predicted Crystallography Open Database），http://www.crystallography.net/pcod/，这也是一个免费的数据库；
   CCDC（The Cambridge Crystallographic Data Centre），https://www.ccdc.cam.ac.uk/，可以查找有机物的，许多大学也购买了该数据库；
   IUcr（International Union of Crystallography），https://www.iucr.org/

图17 PCOD数据库

图18 CCDC主页

图19 IUcr主页

5. 杂志附件下载：有些杂志，尤其是晶体学相关的杂志，会在其附件中附加CIF文件，因此我们也可以从此处来下载。
6. 从老师或者师兄师姐那里索要：这是一个捷径。