[发明专利]探测单分散颗粒体系结晶相前驱体微观结构的方法及系统

权利要求书

1.探测单分散颗粒体系结晶相前驱体微观结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.获取剪切实验过程中不同时刻单分散颗粒体系内所有颗粒的位置坐标信息；

步骤2.计算不同时刻每个颗粒的微观结构特征，使用键取向序参数和局部体积分数判断颗粒在某时刻是否处于结晶相；

步骤2-1.基于所有颗粒的位置坐标信息，判断每个颗粒的邻接颗粒；

通过Voronoi剖分确定颗粒的邻接颗粒时，剔除Voronoi凸多面体中对应邻接平面面积小于所有邻接平面平均面积的5％的平面所对应的邻接颗粒；

步骤2-2.基于颗粒的邻接网络计算颗粒的短程结构特征，包括：

(a)配位数；

(b)局部体积分数：

公式1中，φ_local表示局部体积分数；V_sphere表示颗粒的体积；V_cell表示Voronoi凸多面体的体积；

(c)Voronoiidx_i

Voronoiidx_i表示该颗粒对应Voronoi凸多面体中含有i条边的面的数目，其中3≤i≤7；

(d)键取向序参数：

公式2中，q_lm(i)表示颗粒i的局部张量键取向序参数；N_i表示颗粒i的邻接颗粒数目；j表示颗粒i的某个邻接颗粒j；表示球面谐波函数；θ_ij,分别表示空间向量ij在球坐标系中的极角和方位角；l＝2,4,6,8,10；

公式3中，q_l(i)表示q_lm(i)的二阶旋转不变量；-l≤m≤l；l＝2,4,6,8,10；

公式4中，w_l(i)表示q_lm(i)的三阶旋转不变量；-l≤m₁,m₂,m₃≤l；l＝2,4,6,8,10；

(e)基于闵可夫斯基张量的各向异性系数：

β＝|μ_min/μ_max| (6)

式中，n(r)表示Voronoi凸多面体表面法向量；S表示沿表面积分；表示积分求得的三阶闵可夫斯基张量；μ_min、μ_max分别表示闵可夫斯基张量的最小和最大特征值；β表示Voronoi凸多面体的各向异性系数；

步骤2-3.采用如下公式计算所有颗粒的中程结构序特征；

式中，i表示颗粒i；N(i)表示颗粒i的邻接颗粒；F表示用于当前计算的某类短程结构序特征；Stats函数表示对括号中的值分别进行平均值、最小值、最大值和标准差的统计汇总；步骤2-4.提取所有颗粒的键取向序参数q₆和局部体积分数φ_local；

对单个颗粒做如下判断：

φ_local≥0.72 (8)

0.465≤q₆≤0.505 (9)

0.555≤q₆≤0.595 (10)

当该颗粒的局部体积分数φ_local以及l＝6时的键取向序参数q₆同时满足公式8和9或同时满足公式8和10时，判断此时该颗粒处于结晶相；

步骤2-5.基于键取向序参数q₆和局部体积分数φ_local判断颗粒是否处于结晶相；

步骤3.选取颗粒体系内接近处于结晶相的颗粒与等量处于无序向的颗粒并提取其特征组成机器学习数据集；

步骤4.构造机器学习模型，将数据集划分为训练集、验证集和测试集，通过交叉验证优化模型参数，得到最优参数组合并保存模型；

步骤5.调用机器学习模型，探测单分散颗粒体系结晶相前驱体微观结构；

步骤6.提取无序相、结晶相和机器学习模型探测出的结晶相前驱体颗粒，分析其结构特征的区别和三者的相关关系，以了解颗粒材料相位转变中的结晶动力学行为。