本發(fā)明涉及壓電單晶微觀表征檢測，具體為一種基于sem的壓電單晶微觀形貌檢測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、pmn-pt單晶因其優(yōu)異的壓電性能廣泛應用于超聲換能器、醫(yī)學成像等領(lǐng)域。然而，其性能的穩(wěn)定性和一致性高度依賴于微觀結(jié)構(gòu)特征，包括：鐵電疇的尺寸、取向和分布；位錯、孔洞等晶體缺陷的密度和分布以及疇壁在電場/應力作用下的動態(tài)響應。

2、傳統(tǒng)sem技術(shù)雖然操作簡便，但在疇結(jié)構(gòu)識別和缺陷檢測方面存在明顯不足，在低加速電壓下難以獲得清晰的鐵電疇襯度；并且不同sem設備間成像參數(shù)差異導致檢測結(jié)果不可比；缺乏統(tǒng)一的缺陷量化標準，特別是對于多尺度缺陷的統(tǒng)計方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于sem的壓電單晶微觀形貌檢測方法及系統(tǒng)?，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種基于sem的壓電單晶微觀形貌檢測方法，包括以下步驟：

3、獲得未施加電場和施加不同電場產(chǎn)生壓電效應后的壓電單晶微觀圖像；

4、選定任一電場為特征電場，根據(jù)未施加電場和施加不同電場的壓電單晶不同區(qū)域微觀圖像的差異，得到未施加電場和施加不同電場壓電單晶不同區(qū)域的微觀表現(xiàn)；

5、對所述微觀表現(xiàn)進行特征識別，得到壓電單晶在特征電場下的缺陷率；

6、基于壓電單晶在特征電場下的缺陷率，判定壓電單晶質(zhì)量。

7、作為本實施例的優(yōu)選，所述獲得未施加電場和施加不同電場壓電單晶不同區(qū)域的微觀表現(xiàn)包括：

8、通過邊緣檢測算法檢測計算壓電單晶不同區(qū)域微觀圖像中形貌的輪廓線，得到所述形貌的輪廓；

9、對所述形貌的輪廓進行識別，根據(jù)未施加電場和施加不同電場壓電單晶不同區(qū)域的形貌輪廓識別結(jié)果，得到壓電單晶的不同區(qū)域在不同電場下的微觀表現(xiàn)。

10、作為本實施例的優(yōu)選，所述對所述微觀表現(xiàn)進行特征識別，得到壓電單晶在特征電場下的缺陷率包括：

11、根據(jù)未施加電場和施加不同電場壓電單晶不同區(qū)域的微觀表現(xiàn)進行輪廓特征識別和圖像特征識別；

12、根據(jù)輪廓特征識別結(jié)果進行基于電場大小趨向連續(xù)的輪廓相似聚類，基于聚類結(jié)果生成第一約束；

13、根據(jù)圖像特征識別結(jié)果進行基于電場大小趨向連續(xù)的圖像相似聚類，基于聚類結(jié)果生成第二約束；

14、基于第一約束和第二約束生成n個形貌分區(qū)；

15、其中，n為大于1的整數(shù)；

16、基于生成的形貌分區(qū)對壓電單晶在特征電場下的圖像進行特征識別，得到壓電單晶在特定電場下形貌種類、大小和數(shù)量，基于所述形貌種類、大小和數(shù)量得到壓電單晶在特征電場下的缺陷率。

17、作為本實施例的優(yōu)選，所述壓電單晶在特征電場下的缺陷率計算方法如下：

18、；

19、其中，表示歸一化缺陷率；ai表示第i類缺陷的面積；ωi表示第i類缺陷的權(quán)重系數(shù)；atotal表示圖像視場總面積；α表示材料常數(shù)；表示圖像平均灰度梯度，n表示缺陷總數(shù)量。

20、作為本實施例的優(yōu)選，所述基于壓電單晶在特征電場下的缺陷率，判定壓電單晶質(zhì)量的步驟具體包括：

21、設定缺陷率閾值a、b和c，若小于缺陷率a，則表示壓電單晶質(zhì)量最佳；

22、若大于缺陷率a且小于缺陷率b，則表示壓電單晶質(zhì)量好；

23、若大于缺陷率b且小于缺陷率c，則表示壓電單晶質(zhì)量一般；

24、若大于缺陷率c，則表示壓電單晶質(zhì)量不合格。

25、作為本實施例的優(yōu)選，一種基于sem的壓電單晶微觀形貌檢測系統(tǒng)，用于實現(xiàn)上述的基于sem的壓電單晶微觀形貌檢測方法，包括：

26、圖像獲取模塊，用于獲得未施加電場和施加不同電場產(chǎn)生壓電效應后的壓電單晶微觀圖像；

27、其中，壓電單晶微觀圖像具體為二值化的數(shù)字圖像；

28、特征獲取模塊，用于選定任一電場為特征電場，根據(jù)未施加電場和施加不同電場的壓電單晶不同區(qū)域微觀圖像的差異，得到未施加電場和施加不同電場壓電單晶不同區(qū)域的微觀表現(xiàn)；

29、識別計算模塊，用于對所述微觀表現(xiàn)進行特征識別，得到壓電單晶在特征電場下的缺陷率；

30、質(zhì)量判定模塊，通過壓電單晶在特征電場下的缺陷率，判定壓電單晶質(zhì)量。

31、本發(fā)明提供了一種基于sem的壓電單晶微觀形貌檢測方法及系統(tǒng)?，具備以下有益效果：通過獲得未施加電場和施加不同電場產(chǎn)生壓電效應后的壓電單晶微觀圖像，選定任一電場為特征電場，根據(jù)未施加電場和施加不同電場的壓電單晶不同區(qū)域微觀圖像的差異，得到未施加電場和施加不同電場壓電單晶不同區(qū)域的微觀表現(xiàn)，對所述微觀表現(xiàn)進行特征識別，得到壓電單晶在特征電場下的缺陷率，基于壓電單晶在特征電場下的缺陷率，判定壓電單晶質(zhì)量，即通過采集未施加電場和施加不同電場壓電單晶的sem圖像，并進行分析后，可得到壓電單晶的形貌數(shù)據(jù)，通過形貌數(shù)據(jù)可判斷壓電單晶在特定電場下形貌種類、大小和數(shù)量，從而得到壓電單晶在特征電場下的缺陷率，判斷壓電單晶的質(zhì)量，通過設定閾值區(qū)間可準確檢測壓電單晶的微觀形貌質(zhì)量；并且本發(fā)明還建立標準化的數(shù)據(jù)采集和處理流程，確保測試結(jié)果的可比性和可重復性。

技術(shù)特征：

1.一種基于sem的壓電單晶微觀形貌檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于sem的壓電單晶微觀形貌檢測方法，其特征在于，所述獲得未施加電場和施加不同電場壓電單晶不同區(qū)域的微觀表現(xiàn)包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于sem的壓電單晶微觀形貌檢測方法，其特征在于，所述對所述微觀表現(xiàn)進行特征識別，得到壓電單晶在特征電場下的缺陷率包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于sem的壓電單晶微觀形貌檢測方法，其特征在于，所述基于壓電單晶在特征電場下的缺陷率，判定壓電單晶質(zhì)量的步驟具體包括：

5.一種基于sem的壓電單晶微觀形貌檢測系統(tǒng)，用于實現(xiàn)權(quán)利要求1-4任一項所述的基于sem的壓電單晶微觀形貌檢測方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于SEM的壓電單晶微觀形貌檢測方法及系統(tǒng)，涉及壓電單晶微觀表征檢測技術(shù)領(lǐng)域，獲得未施加電場和施加不同電場產(chǎn)生壓電效應后的壓電單晶微觀圖像，選定任一電場為特征電場，根據(jù)未施加電場和施加不同電場的壓電單晶不同區(qū)域微觀圖像的差異，得到未施加電場和施加不同電場壓電單晶不同區(qū)域的微觀表現(xiàn)，對所述微觀表現(xiàn)進行特征識別，得到壓電單晶在特征電場下的缺陷率，基于壓電單晶在特征電場下的缺陷率，判定壓電單晶質(zhì)量，本發(fā)明通過形貌數(shù)據(jù)判斷壓電單晶在特定電場下形貌種類、大小和數(shù)量，從而得到壓電單晶在特征電場下的缺陷率，判斷壓電單晶的質(zhì)量，通過設定閾值區(qū)間可準確檢測壓電單晶的微觀形貌質(zhì)量。

技術(shù)研發(fā)人員：韋群,謝振林
受保護的技術(shù)使用者：合肥眾波功能材料有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15