[发明专利]一种基于纳米机器人的氧化锌立体晶界空间层原位重构系统及方法

说明书

本发明属于材料表征测量技术领域，公开了一种基于纳米机器人的氧化锌立体晶界空间层原位重构系统，包括扫描电子显微镜，扫描电子显微镜中固定有基础平台，基础平台上固连有左右对称的一对第一压电陶瓷运动台，还固连有前后对称的一对第二压电陶瓷运动台；第一压电陶瓷运动台和第二压电陶瓷运动台上放置有样品台；基础平台上设置有一对左右对称的纳米机器人，样品台设置在纳米机器人之间；每个纳米机器人上均连接有末端。本发明提供了一种可精准重构三维晶界结构的基于纳米机器人的氧化锌立体晶界空间层原位重构系统及方法。

技术领域

本发明属于材料表征测量技术领域，涉及晶界测量技术领域，具体涉及一种基于纳米机器人的氧化锌立体晶界空间层原位重构系统及方法。

背景技术

氧化锌陶瓷作为功能陶瓷的典型代表，具有优异的电压敏特性。晶界作为高非线性电压敏特性的内在本质特征，实际上沿三维空间方向的结构是非均匀存在的。但由于三维晶界空间层结构存在不规则性，导致电特性计算时常常需做简化处理和分析。现有方法对块体电导率计算研究时，通常是单一地对块体进行均匀划分，简单地采用砖体模型分析方法，此易导致人为地引入了单个晶界计算的随机性误差。另外，现有晶界研究方法多聚焦光学显微镜下二维平整表面的单/多晶界的单独研究，样品二维运动控制精度和速度较低，缺少三维方向上的晶界结构研究以及更小尺寸下特性耦合的研究，导致缺乏氧化锌立体晶界空间层结构重构的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可精准重构三维晶界结构的基于纳米机器人的氧化锌立体晶界空间层原位重构系统及方法。

基于上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于纳米机器人的氧化锌立体晶界空间层原位重构系统，包括扫描电子显微镜，扫描电子显微镜中固定有基础平台，基础平台上固连有左右对称的一对第一压电陶瓷运动台，还固连有前后对称的一对第二压电陶瓷运动台；第一压电陶瓷运动台和第二压电陶瓷运动台上放置有样品台；基础平台上设置有一对左右对称的纳米机器人，样品台设置在纳米机器人之间；每个纳米机器人上均连接有末端。

进一步的，纳米机器人包括三个堆叠的直线压电陶瓷；每个第一压电陶瓷运动台均包括两个堆叠的直线压电陶瓷，每个第二压电陶瓷运动台均包括两个堆叠的直线压电陶瓷。

一种基于纳米机器人的氧化锌立体晶界空间层原位重构方法，包括以下步骤，

步骤1，氧化锌陶瓷块材样品表面抛光与固定放置；取氧化锌陶瓷块材样品，对氧化锌陶瓷块材样品的一个面进行抛光处理，将抛光的面记为二维X-Y面，与二维X-Y面垂直的两个面分别记为二维X-Z面、二维Y-Z面；将二维X-Y面向上，把氧化锌陶瓷块材样品固定在样品台上；

步骤2，微区域内每个目标晶界二维X-Y面结构拼接与重构，获取微区域内所有目标晶粒在在二维X-Y面的形貌结构；

步骤3，操作目标晶粒，获取目标晶粒在二维X-Z面、二维Y-Z面的形貌结构；

步骤4，根据目标晶粒在不同面内的形貌结构，将单个目标晶界的三维空间层结构拼接与重构；

步骤5，重复步骤3-4，对微区域内的其他单个目标晶界的三维空间层结构进行重构；

步骤6，移动氧化锌陶瓷块材样品，重复步骤2-5，对其他微区域内的目标晶界的三维空间层结构进行重构。

进一步的，在步骤2中，每个目标晶界二维X-Y面结构拼接与重构的方法为：利用SEM对氧化锌陶瓷块材样品的被观测二维X-Y表面的微区域内的每个目标晶界进行实时成像，采用图像处理技术提取出每个目标晶界的相邻两个目标晶粒的边界线轮廓；将所有的相邻两个目标晶粒的边界线轮廓重构。

进一步的，在步骤2中，将相邻两个目标晶粒的边界线轮廓重构的方法为：基于最小二乘法拟合获取两个晶粒的边界线轮廓数据，再利用图像拼接法对两个晶粒的边界线轮廓数据进行拼接，完成两个晶粒边界线轮廓的结构重构。