技術專欄：一篇文章搞懂晶體學信息文件CIF及其獲取方法

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1 什么是CIF文件

晶體學信息文件(Crystallographic Information File, CIF)是以“.cif”結尾的計算機文件（如圖1），它包含了每個晶體的詳細信息，如晶胞參數、原子坐標、文獻資料等。它是進行晶體結構描述，解析，傳播和表達時最常使用的文件格式，廣泛應用于晶體結構繪圖，XRD精修以及材料理論計算等各個方面，在材料科學中具有著重要的作用（如圖1）。各種晶體/材料/計算處理軟件，如Vesta，Diamond，GSAS，Mercury，Rasmal，Materials?Studio，都以晶體信息文件作為輸入或者輸出結果。因此認識和獲取CIF文件就顯得極為重要。

圖1?CIF文件示例及其作用

2?CIF文件內容解析

CIF文件的讀取需要用到上面所述的晶體/材料學專門的軟件，不過我們也可以用Windows自帶的記事本和寫字板打開，如圖2所示。

圖2 用Windows自帶的寫字板查看CIF文件

CIF文件包含的內容可以分為如下幾個部分，下面我們就以NaCl的CIF文件為例：

（1）此CIF文件的下載來源，編輯和使用信息，見圖3。此部分信息用處不大。

圖3?CIF的文件內容1

（2）該CIF文件的數據編號以及CIF文件來自于哪個文獻，包括作者名稱，題目，雜志名稱，頁碼，DOI等信息，見圖4。這個方便我們在使用的時候進行引用。

圖4 CIF的文件內容2

（3）該部分主要為晶體的結構信息，包括結構式，各個原子及其數量，空間群編碼，晶系（cubic），空間群（Fm-3m），晶胞夾角（alpha, beta, gamma），晶胞包含的分子數Z，晶胞尺寸（a, b, c），晶胞體積（volume）等信息。

圖5?CIF的文件內容3

（4）如圖6所示，并沒有截圖完全，這部分的信息通常很長，不用管它，它主要描述的是晶體中的對稱位置及其坐標信息。

圖6 CIF的文件內容4

（5）如圖7所示，這部分主要描述各個原子的參數信息，其中第1部分的描述分別豎排對應第2部分的信息，依次為：標簽，符號，多重性，Wykoff標記，原子坐標（x, y, z），占位度，吸附的氫和原子位置計算標記。

圖7 CIF的文件內容5

????（6）最后一部分描述了原子的類型及其價態，如圖8所示。

圖8 CIF的文件內容6

3?CIF文件的獲取

CIF文件的獲取是最基礎也是最重要的一步，這個問題也是新人最常問到的，下面我就將一些常見的獲取方法介紹給大家。

（1）COD數據庫：http://www.crystallography.net/cod/index.php

Crystallography Open Database，晶體學開放數據庫是一個完全免費，開放的數據庫，這也是我為什么將其排在首位的原因。點擊左側側邊欄的Search即可打開搜索界面。以NaCl為例，如圖10所示，輸入元素符號以及原子數量限制即可搜索出如圖11所示的結果。然后，點擊Links欄目下的藍色的CIF文字即可下載（見圖11）。

圖9?COD網站的主頁

圖10 COD的搜索界面

圖11 NaCl的搜索結果及下載鏈接（紅圈）

（2）Findit軟件

Findit是無機晶體結構數據查詢軟件。使用該軟件也可以方便快速的查找到所需物質的CIF文件。如圖12，它就是Findit軟件的主界面。以查找NaCl的CIF為例，如圖13所示，首先選擇Type為Exclusive?And（有且只有），然后選擇Na和Cl元素，然后點擊Search按鈕，就可以得到如圖14所示的搜索結果。隨后，勾選需要的條目，然后另存為CIF文件即可，見圖15。

該軟件需要購買或自行查找資源。

圖12 Findit軟件的主界面

圖13 搜索NaCl的CIF文件示意圖

圖14 搜索結果

圖15 選擇并保存為CIF文件

（3）ICSD：https://icsd.fiz-karlsruhe.de/index.xhtml

無機晶體結構數據庫（The Inorganic Crystal Structure Database，ICSD）由德國的The Gmelin Institute (Frankfurt)和FIZ（Fachinformationszentrum Karlsruhe）合辦。該數據庫從1913年開始出版，至今已包含近10萬條化合物目錄。每年更新兩次，每次更新會增加2000種新化合物，所有的數據都是由專家記錄并且經過幾次的修正，是國際最權威的無機晶體結構數據庫。它只收集并提供除了金屬和合金以外、不含C–H鍵的所有無機化合物晶體結構信息。包括化學名和化學式、礦物名和相名稱、晶胞參數、空間群、原子坐標、熱參數、位置占位度、R因子及有關文獻等各種信息。

該數據庫不是免費的，不過許多大學都已經購買了該數據庫，訪問網址即可使用。檢索方法也比較簡單，就不介紹了。

圖16 使用ICSD數據庫查找CIF文件

（4）其他晶體學數據庫：

PCOD（Predicted Crystallography Open Database），http://www.crystallography.net/pcod/，這也是一個免費的數據庫；

圖17 PCOD數據庫

CCDC（The Cambridge Crystallographic Data Centre），https://www.ccdc.cam.ac.uk/，可以查找有機物的，許多大學也購買了該數據庫；

圖18 CCDC主頁

????IUcr（International Union of Crystallography），https://www.iucr.org/

圖19 IUcr主頁

（4）雜志附件下載：有些雜志，尤其是晶體學相關的雜志，會在其附件中附加CIF文件，因此我們也可以從此處來下載。

（5）從老師或者師兄師姐那里索要：這是一個捷徑。

本文由材料人專欄科技作者王博雅供稿，編輯部編輯。

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