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申请/专利权人：浙江大学

摘要：本发明公开了一种晶体材料中超轻元素的原子尺度表征方法及系统，属于微纳米力学表征技术领域。本发明基于超轻原子对金属原子局部排列的影响，首先通过原子尺度模拟数据训练机器学习模型，使其能够根据金属原子的局部原子环境向量预测金属原子与其最近邻超轻原子的平面距离标量；然后针对网格化后的显微图像，计算每个网格节点与多个最近邻金属原子的距离值，构成这个网格节点的第一表征向量，同时将机器学习模型针对这些最近邻金属原子预测的平面距离标量构成网格节点的第二表征向量，以两个表征向量之间的距离值作为判据标量；通过插值补全和阈值法，确定富含超轻原子的区域。本发明可实现超轻原子的原子尺度表征，具有广泛的应用前景。

主权项：1.一种晶体材料中超轻元素的原子尺度表征方法，其特征在于，包括：S1、对受到外载荷的金属材料的晶体缺陷显微图像进行图像尺寸标定，使图像坐标系下的晶格间距等于实际的理论计算值，作为标定后图像；对所述标定后图像建立图像坐标系，识别出图像中每个金属原子的二维图像坐标；对所述标定后图像进行网格化，获得均匀分布的网格节点；S2、基于所述标定后图像中所有金属原子的二维图像坐标，按照第一预设数值m，计算每个金属原子与其m个最近邻金属原子各自的距离值，构成这个金属原子对应的第一局部原子环境向量；S3、基于根据所述标定后图像中的晶体缺陷信息构建的原子尺度模型，在晶体缺陷附近不同位置引入不同含量的超轻原子，从而形成一系列模拟情景；每一种模拟情景中，施加与所述外载荷对应的模拟外载荷，并进行基于密度泛函理论和或分子动力学的模拟，更新原子尺度模型中晶体缺陷所在局部区域的原子排列和变形状态；S4、针对每一种模拟情景更新得到的原子尺度模型，重新计算每个金属原子与其m个最近邻金属原子各自的距离值，构成这个金属原子对应的第二局部原子环境向量，同时计算这个金属原子与其最近邻超轻原子的平面距离标量；以每种模拟情景下每个金属原子的第二局部原子环境向量和平面距离标量分别作为模型输入和输出标签，构建训练样本加入训练数据集中，并训练机器学习模型；S5、将所述标定后图像中每个金属原子对应的第一局部原子环境向量输入训练后的机器学习模型中，预测得到这个金属原子对应的平面距离标量；S6、基于所述标定后图像中所有金属原子的二维图像坐标，按照第二预设数值n，计算每个所述网格节点与其n个最近邻金属原子各自的距离值，构成这个网格节点对应的第一表征向量，同时将机器学习模型针对这n个最近邻金属原子预测的平面距离标量构成这个网格节点对应的第二表征向量，将第一表征向量与第二表征向量之间的距离值作为判据标量；S7、基于所述标定后图像中所有网格节点的判据标量，通过插值补全得到图像域内所有位置的判据标量，将判据标量不超过判定阈值的位置标记为富含超轻原子的区域。

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