简介：颜料红(1，4-二酮吡咯并(3，4-c)吡咯的二苯基衍生物，DPP)是一种高Quality 的杂环颜料，具有良好的热稳定性、高着色强度和遮盖力，以及优异的耐光性和耐候性。通过在制造过程中控制颗粒尺寸，它可以被制成透明或不透明的颜色。
在本教程中，您将使用Morphology功能来识别晶体中分子碎片之间的相互作用，而不是将能量计算作为形态计算的一部分。然后可以计算所有这些相互作用的键能，并将其用作生长形态或平衡形态计算的输入，以确定晶体的习性。
Hartman-Perdok理论(Hartman-Perdok, 1955; Bennema, 1996; Grimbergen et al., 1998)从晶体稳定的概念出发，因为分子碎片能够形成强的分子间吸引相互作用。Crystal Graph描述了晶体结构中分子碎片之间的相互作用。这使您能够探索分子间相互作用强度对晶体形态的影响。
目的：说明如何使用crystal graph来识别晶体中分子片段之间的相互作用。
本教程重要节点：
设置并运行Crystal Graph -分析Crystal Graph结果-使用Crystal Graph输出morphology
1. 设置并运行Crystal Graph
在项目资源管理器中，右键单击项目根目录并选择Import…以打开导入文档对话框。导航到您在颜料红Morphology 预测中保存Pigment Red项目的位置。打开Pigment Red Files\Documents\pigment_red Forcite GeomOpt\pigment_red Forcite GeomOpt\pigment_red Mph Growth\pigment_red.xsd并单击OK按钮。
右键单击picture_red.xsd，然后从快捷菜单中选择Rename。输入picture_red_input作为名称，然后按ENTER键。
您将保存该项目。
从菜单栏中选择File | Save Project。
单击工具栏上的Morphology 按钮，并从下拉列表中选择Crystal Graph，以打开Crystal Graph计算对话框。
在Setup 选项卡上，将Forcefield 设置为COMPASS，将Charges设置为Forcefield assigned,,将Quality设置为Medium。
注意：在Crystal Graph计算中使用与优化晶体结构相同的能量设置非常重要。因此，能量设置（力场和制备选项）链接到形态计算对话框中的相应设置。Quality 设置未链接，因为 Crystal Graph 在进行能量计算时不需要截止，因此能量Quality 设置不相关。Crystal GraphQuality 仅与Crystal Graph计算参数相关，例如更大晶胞分离度。
确保Assign molecules automatically复选框被选中。
启用此选项意味着晶体结构中的所有原子将自动分配给分子。
提示：或者，要手动定义分子，请使用Crystal Graph Calculation对话框的Molecules选项卡上的工具将晶体结构中手动选择的原子分组为分子。
注意：当选择自动指定分子时，共价键合片段中的所有原子将被指定为一个分子，而离子结构中的单个原子将被指定为单独的分子。目前，只有这两种可能性会被认可。
当您手动指定分子时，唯一可识别的选择是整个共价键片段或与其他原子没有任何共价键的单个原子，例如元素金属。您不能从一个分子片段的一部分或通过非共价键(如离子键或氢键)结合在一起的多个原子或片段创造一个分子。
选择Maximum unit cell separation选项。
该选项指定分子相互作用沿每个晶格向量的更大分子中心到中心的距离，单位为多个晶胞尺寸。Crystal Graph计算中不考虑延伸距离大于指定值的相互作用。
或者，可以选择Maximum molecular separation选项来指定相互作用分子中最近的两个原子之间允许的更大距离。在本教程中，您将使用Maximum unit cell分离的默认空间范围。
在Setup 选项卡上，确保选中Apply initial energy filter复选框。
能量过滤器应用能量截止来排除最弱的相互作用。默认值-0.596 kcal mol-1代表室温下的热能，也就是说，能量弱于该值的相互作用在室温下是不稳定的。
单击Create按钮并关闭对话框。
您应该等到计算完成后再继续。
2. 分析Crystal Graph结果
在本节中，您将分析Crystal Graph运行的输出。
计算完成后，pigment_red_input.xsd 文档中将显示一个Crystal Graph，该图表叠加在单元视图上。您可以控制Crystal Graph中分子相互作用的渲染和着色方式。
将 pigment_red_input.xsd 设置为活动文档，然后选择File | Save As… 以打开“另存为”对话框。输入pigment_red_CG作为File name，然后单击Save按钮。
在 pigment_red_CG.xsd 3D 查看器中单击鼠标右键，然后从快捷菜单中选择Display Style以打开“Display Style”对话框。在Molecule Interaction选项卡上，将Display style设置从Dashed line更改为line。
所有分子相互作用现在都呈现为实线，而不是虚线的默认Display Style。您可以控制交互的相对线宽。
将线宽更改为Line width。
您可能希望根据它们的键能为相互作用着色。
在Coloring部分中，选择Color by energy选项。
在当前选择中，更强的交互作用为蓝色，最弱的交互作用为红色。颜色在这两个极端之间平滑渐变，以与中间键能相互作用。
注意：如果重新评估能量，则交互作用着色将不会动态更新。为了使相互作用着色正确反映当前属性值，建议您在分子相互作用的键能发生任何变化时重新着色。
在pigment_red_CG.xsd中，选择一个蓝色的交互。在3D查看器中右键单击并从快捷菜单中选择标注以显示标注对话框。
将Object type设置为Energy。从Properties列表中选择PotentialEnergy，然后单击Apply按钮。
对其中一个红色的交互重复相同的过程。
这两个相互作用现在标上了它们的势能。
接下来，您会看到晶体中的分子碎片。
在pigment_red_CG.xsd中单击一次以取消选择所有内容。在Label对话框中，单击Remove All按钮并close对话框。
在“Display Style”对话框中选择Molecule选项卡，将Display style从None更改为Polyhedron，然后更改为Ellipsoid。
选择多面体Display Style时，所有分子都渲染为多面体。多面体的顶点由每个分子中包含的原子的位置来定义。选择“椭球体”时，分子渲染为椭球体，覆盖每个分子中包含的原子的大致范围。
单击Color控件以显示颜色选择器并选择一种颜色。
现在，所有分子对象都以选定的颜色着色。为了让Crystal Graph更容易看到，您可以关闭分子的显示。
在Display Style对话框的Molecule选项卡上，将Display style更改回None并close对话框。
Crystal Graph计算通常会产生大量的交互。您可以根据能量过滤相互作用，以便忽略不太重要的相互作用，只关注那些对晶体形态影响更大的相互作用。
打开Crystal Graph Calculation对话框。在Analysis选项卡上，将Energy filter部分中Weakest滑块从其最右边的位置向左移动一格。也可以在文本框中输入特定值。
最弱能量现在定为-3.9 kcal mol-1左右。在Crystal Graph中选择能量超出定义范围的所有相互作用。
单击Crystal Graph Calculation对话框中的Apply按钮。
能量超出定义范围的所有选定相互作用都将从Crystal Graph中删除。
从菜单栏中选择Edit | Undo Apply Crystal Graph Criteria。
Crystal Graph现在恢复到原始状态，最弱的能量过滤器设置为大约-0.9千卡·摩尔-1。
在Crystal Graph Calculation对话框的Analysis选项卡上，将Energy filter部分中Weakest滑块从其最右边的位置向左移动一格。
当应用图形增强时，所有未通过能量过滤器的相互作用，但与共享相同分子的其他相互作用相差超过45°的相互作用，都被恢复到Crystal Graph形中。在pigment_red_CG.xsd中，根据“能量过滤器”设置和“Crystal Graph形放大”设置，会选择和取消选择一组特定的交互。
注意：当应用增强时，Crystal Graph将尝试恢复超出定义的能量过滤器范围的交互，从更强的被拒绝的交互开始，然后继续使用第二强的交互，直到不能添加更多符合指定角度约束的交互。
Crystal Graph增强方法旨在确保在适当的Morphology 计算中使用时存在足够的相互作用来定义合适的Habit 。
选中Perform graph augmentation by directional criterion复选框后，单击Apply按钮。
与没有应用图扩充的相同操作相比，从Crystal Graph中删除了更少的交互。
从菜单栏中选择Edit | Undo Apply Crystal Graph Criteria。
单击Crystal Graph Calculation对话框中的Export crystal graph as grid document按钮，然后close对话框。
在Project Explorer中创建了一个网格文档pigment_red_CG.xgd，列出了Crystal Graph中的所有相互作用，以及它们的长度和键能。
注意：从Crystal Graph中过滤掉或手动删除的交互将被永久删除，并且不会在网格文档中列出。
网格文档包含以下列：
分子1，分子2-列出分子的原子组成，以及唯一标识每个分子的对称变换。
Molecle2的单元格-以单元格长度报告包含Molecle2的单元格相对于包含
Molecle1的单元格的坐标，该单元格被认为位于原点。
多重性-报告对称多重性。
中心-中心长度-报告相互作用的长度，以埃为单位，即两个分子中心之间的距离。
能量-报告相互作用的键能，以kcal mol-1为单位。
注意：Crystal Graph考虑了跨晶胞双向作用的分子相互作用，并按此进行报告，因此，在不同晶胞中的两个独立分子的情况下，相互作用分子1分子2及其相反分子2分子1都将被报告，即使它们的长度和键能是相同的。这确保了所有“进入”晶胞的相互作用都与“离开”晶胞的类似相互作用相匹配，就像在Crystal Graph的可视化表示中一样。
注意：Crystal Graph与其来源的晶体结构相关联。通过移动或删除原子来修改晶体结构的原子排列将使Crystal Graph无效。
提示：此网格文档可以导出为. csv文件，可以在电子表格应用程序(如Microsoft Excel)中打开。
3. 使用Crystal Graph输出morphology
在本节中，您将使用Crystal Graph中报告的相互作用的方向和键能作为输入来计算颜料红的生长形态。
从菜单栏中选择File | Save Project并关闭所有打开的文档，除了pigment_red_CG.xsd.
打开Morphology Calculation对话框。在Setup选项卡上，确保Task设置为Growth morphology，Quality 设置为Medium。将Energy method更改为Crystal Graph。
选择Crystal Graph作为能量方法时，Morphology 计算对话框的能量选项卡将自动禁用。Morphology 使用当前活动的Crystal Graph文档中报告的相互作用的键能计算附着能量。由于所需的能量计算次数减少，因此可以预期计算时间更短。
在Faces选项卡上，将Quality 设置为Medium。单击Run按钮并close对话框。
关闭pigment_red_CG.xsd.
一旦计算开始，一个名为pigment_red_CG Mph Growth的新文件夹将在项目浏览器中创建。您应该等到作业完成后再继续。
您将检查计算结果，从文本输出文件pigment_red_CG.txt开始。您应该不会在这个特定的报告文件中找到任何警告消息。
在pigment_red_CG.txt中滚动。当您对本文档中未报告任何错误或警告感到满意时，关闭文本文档。
使pigment _ red _ CG Mph Growth \ pigment _ red _ CG . xsd成为活动文档，并使用3D Viewer工具栏上的工具检查Habit 文档。
接下来，您将探索分子间相互作用强度对晶体形态的影响。
打开pigment_red_CG.xsd，选择一个以红色突出显示的交互。
从菜单栏中选择View | Explorers | Properties Explorer。从Filter下拉列表中选择Energy。双击PotentialEnergy以显示编辑势能对话框。输入-10，然后单击OK按钮。在3D查看器中单击以取消选择分子相互作用。
这个相互作用的势能现在设定为-10 kcal mol-1。相同的势能值会自动应用于其所有对称图像。
打开Morphology Calculation对话框。单击Run按钮并关闭对话框。
关闭pigment_red_CG.xsd文档，并在提示保存更改时单击No按钮。
当计算完成时，您将检查crystal habit文档。增加这些弱相互作用的结合强度提高了由它们构建的生长平面的稳定性。稳定的生长平面更有可能具有较小的中心到平面的距离，因此预期更等轴的形态，与哈特曼-珀多克理论一致。
从菜单栏中选择File | Save Project，关闭除pigment _ red _ CG Mph Growth \ pigment _ red _ CG . xsd之外的所有打开的文档。
接下来，您将在Morphology prediction for Pigment Red中导入使用Forcite能量方法获得的晶体形态，并将其与使用Crystal Graph方法获得的形态进行比较。
在项目浏览器中，右键单击项目根目录并选择Import…打开“导入文档”对话框。导航到颜料红形态预测中保存Pigment Red项目的位置。打开Pigment Red Files \ Documents \ Pigment _ Red for cite GeomOpt \ Pigment _ Red for cite GeomOpt \ Pigment _ Red Mph Growth \ Pigment _ Red . xsd，然后单击OK按钮。还应该从同一位置导入pigment_red.xgd网格文档。
在项目浏览器中右键单击pigment_red.xsd，然后从快捷菜单中选择Rename。输入pigment_red_forcite作为名称，然后按Enter键。重复此操作，将pigment_red.xgd重命名为pigment_red_forcite.xgd。
您将隐藏两种预测形态中的刻面、晶格和分子，只留下晶体形状，以便于比较。
将重点放在pigment_red_CG Mph Growth\pigment_red_CG.xsd,，在 3D 查看器中单击鼠标右键，然后从快捷菜单中选择Display Style以打开“Display Style”对话框。
在Lattice选项卡上，将Display style部分中的Style从“默认”更改为None。
在Habit选项卡上，取消选中Show facets复选框。将边缘颜色设置为绿色。对 pigment_red_forcite.xsd 重复这些步骤，但将Edge color设置为红色。
您可以通过将两个文档插入到 3D 原子集合文档中来叠加这两个文档。
在项目资源管理器中，右键单击项目根目录Pigment Red CG，然后选择New | 3D Atomistic Collection Document。
在项目资源管理器中，右键单击 3D Atomistic Collection.xod，然后从快捷菜单中选择Rename。将新收集文档的名称更改为 morphology_overlay.xod。
集合文档允许您在同一 3D 空间中显示多个结构，同时在所有其他方面保持它们的隔离;例如，集合文档中的系统之间不能有物理交互。
在“项目资源管理器”中，按住 CTRL 键并选择pigment_red_CG Mph Growth\pigment_red_CG.xsd 和 pigment_red_forcite.xsd。右键单击其中一个选定文件，然后从快捷菜单中选择Insert Into。单击 3D Viewer Reset View按钮重置视图。
这两种Habit 叠加在集合文档中。如果Habit 之间存在大小差异，则可以使用“Display Style”对话框进行更改。
打开Display Style对话框并选择Habit 选项卡。右键单击morphology_overlay.xod并从快捷菜单中选择Physical Systems。
这将打开Physical Systems对话框，使您能够在集合文档中选择和使用多个系统。
在Physical Systems对话框中，选择pigment_red_forcite，然后pigment_red_CG。
如果您为两个结构设置了不同的值，则Display Style对话框的Habit 选项卡上的Habit 大小值会更改。您应该为两个结构将Habit 大小参数设置为相同的值。
在Physical Systems对话框中选择pigment_red_forcite。在Display Style对话框的Habit 选项卡上，将Habit size设置为0.6。对pigment_red_CG重复此过程并关闭Physical Systems对话框。
这两种晶体形态现在显示在同一个3D空间中，用红色和绿色着色。它们彼此非常一致，如下所示。
您可能希望检查这两种晶体形态的更精细的细节。
关闭morphology_overlay.xod并在提示将文件保存为项目的一部分时单击Yes按钮。
在Project Explorer中，双击pigment_red_CG Mph Growth\pigment_red_CG.xsd.
打开Morphology Calculation对话框，在Setup选项卡上，将Task设置为Report habit properties。单击Run按钮并关闭对话框。
在pigment_red_CGMph增长文件夹中创建了一个新的网格文件pigment_red_CG.xgd。您将把它与您导入的pigment_red_forcite.xgd文档中Forcite形态计算中的Habit 属性进行比较。
关闭pigment_red_CG.xsd并在提示将文件保存为项目的一部分时单击Yes按钮。
在Project Explorer中，双击pigment_red_forcite.xgd使其成为活动文档。
从菜单栏中选择Window | Tile Horizontally。
两个网格文档现在水平平铺。
用Crystal Graph形能量法计算的晶体形态中有六个惯习面，这些惯习面也是用晶体能量法确定的。然而，由Forcite产生的两个小面(0 1 -1)和(1 1 -1)(各自小于总表面积的1%)不存在于使用Crystal Graph能量方法获得的晶体形态中。
这一观察并不出人意料。Crystal Graph能量法只考虑晶体结构中分子碎片间相互作用的键能。因此，能量评估不如使用Forcite能量法的完全能量评估准确。此外，Ewald求和可以与Forcite能量法一起使用。如果单个分子具有净电荷，例如在离子系统中，或者对于由具有偶极矩的平面组成的形态，这是极其重要的。在这种情况下，如果没有Ewald求和，计算将不会正确收敛，因为相互作用半径通常包含非零净电荷，导致作为相互作用半径函数的任意能量振荡。对于非离子系统，您必须决定使用Ewald求和获得的更高精度是否值得更长的计算时间。
在这里给出的例子中，两种能量方法提供了非常一致的结果。
从菜单栏中选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。
参考文献
Hartman, P.; Perdok, W. Acta Crystallogr., 8, 521 (1955).
Bennema, P. J. Cryst. Growth, 166, 17 (1996).
Grimbergen, R. F. P.; Bennema, P.; Meekes H. Acta Crystallogr., Sect. A, 54 491 (1998).
本入门教程到此结束。
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