采用非平衡直流电弧等离子体进行晶体结构编辑的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用非平衡直流电弧等离子体进行晶体结构编辑的方法，包括1)主运行流程：1.1)判断被编辑物质是否存在于经由建立参数流程建立的运行参数数据库中，如果是则调用其中的运行参数，否则转入建立参数流程；1.2)依据调用的运行参数进行直流电弧等离子体处理；1.3)对处理后的被编辑物质的晶体结构进行测量，判断是否为目标晶体结构，如果是则输出产品；2)建立参数流程：2.1)进行预实验；2.2)确定主运行参数；2.3)进行验证实验，得到对应不同主运行参数的晶体结构数据；2.4)将运行参数数据录入运行参数数据库中。该方法利用直流电弧对晶体结构进行编辑，具有编辑效率高、稳定可靠、适应性好的优点。

【技术实现步骤摘要】
采用非平衡直流电弧等离子体进行晶体结构编辑的方法
本专利技术涉及一种晶体结构编辑方法，特别是指一种采用非平衡直流电弧等离子体进行晶体结构编辑的方法。
技术介绍
自然界存在的固态物质可分为晶体和非晶体两大类，固态的金属与合金大都是晶体。晶体与非晶体的最本质差别在于组成晶体的原子、离子、分子等质点是规则排列的，而非晶体中这些质点除与其最相近外，基本上无规则地堆积在一起。晶体结构是决定固态金属的物理、化学和力学性能的基本因素之一。晶体结构即晶体的微观结构，是指晶体中实际质点(原子、离子或分子)的具体排列情况。在实际应用和科学研究中，晶体结构是极其重要的物性特征之一，通常由X射线衍射图谱(XRD)相关数据进行表征，包含晶态以及供参考的晶胞信息。然而至今为止，晶体结构的改变在很大程度上仍然依靠温度和压力这两种方法，耗能、费时的同时也很难做到对晶体结构有效的编辑。在本专利技术中，晶体结构编辑，包括晶体类型的改变和各晶体类型比例的调整。在现代科学研究和生产实践过程中，对晶体结构影响的细致研究以及工业生产中快速、低耗、量产的需求，使得能在低温常压下进行的高效晶体结构编辑成为亟待攻克的技术关键。等离子体态作为固、液、气以外的第四态因其特殊的物性特征收到了广泛的应用。等离子体中，电子和重粒子(离子、分子和原子)间能量传递的速率与碰撞频率(单位时间内碰撞的次数)成正比。在稠密气体中，碰撞频繁，两类粒子的平均动能(即温度)很容易达到平衡，因此电子温度和气体温度大致相等，这是气压在一个大气压以上时的通常情况，一般称为热等离子体或平衡等离子体。在低气压条件下，碰撞很少，电子从电场得到的能量不容易传给重粒子，此时电子温度高于气体温度，通常称为冷等离子体或非平衡等离子体。非平衡直流电弧等离子体因结构简单、适用性强、造价便宜等逐渐受到关注。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够精确可控地编辑晶体结构的采用非平衡直流电弧等离子体进行晶体结构编辑的方法。为实现上述目的，本专利技术所提供的采用非平衡直流电弧等离子体进行晶体结构编辑的方法，包括1)主运行流程和2)建立参数流程；其中，主运行流程具体包括如下步骤：1.1)判断被编辑物质是否存在于经由建立参数流程建立的运行参数数据库中，如果是则调用运行参数数据库中的运行参数，否则转入建立参数流程中建立该物质的运行参数数据后返回主运行流程；1.2)依据调用的运行参数数据调整直流电弧等离子体处理装置，对被编辑物质进行直流电弧等离子体处理；1.3)直流电弧等离子体处理完成后，对处理后的被编辑物质的晶体结构进行测量，判断是否为目标晶体结构，如果是则输出产品。建立参数流程具体包括如下步骤：2.1)进行预实验：选择等离子体处理装置的多个运行参数，对待建立数据物质进行预实验，预实验包括多个子实验，每个子实验选择一组运行参数进行直流电弧等离子体处理，并对获得的晶体结构进行测量；2.2)确定主运行参数：对比各个子实验的测量结果，评价各运行参数对晶体结构的影响，选取出对待建立数据物质晶体结构影响最显著的运行参数，作为其晶体结构编辑中的主运行参数；同时择优选择其它运行参数；2.3)进行验证实验：保持其他运行参数的数值固定，改变主运行参数的数值，通过直流电弧等离子体对被编辑物质进行处理，对处理后样品的晶体结构进行测量，得到对应不同主运行参数的晶体结构数据；具体实验时，由于时间限制，主运行参数的取点数量有限，可将实验得到的主运行参数与晶体结构数据绘制成曲线，从曲线上读取更多数据，还可进一步对曲线进行拟合，得到二者的函数关系；2.4)将该物质的运行参数数据，包括主运行参数与晶体结构的对应数据，以及固定数值的其他运行参数录入运行参数数据库中。优选地，该方法还包括3)参数调整流程；所述步骤1.3)中，若处理后的被编辑物质的晶体结构不是目标晶体结构，则按参数调整流程进行处理；所述参数调整流程具体包括如下步骤：3.1)微调主运行参数，对被编辑物质进行直流电弧等离子体处理；3.2)对处理后被编辑物质的晶体结构进行测量，依据检测出的晶体结构判断是否实现目标晶体结构，如果是则输出产品，否则返回步骤3.1)；3.3)如果按步骤3.1)、3.2)往复微调主运行参数设定次数后依然未实现目标晶体结构，则转入建立参数流程，对该物质的运行参数数据进行重建。所述参数调整流程的加入，有效地避免了因系统误差产生的晶体结构编辑偏差，配合建立参数流程形成一套不断优化的自学习过程。优选地，步骤2.2)中，采用影响指数评价各运行参数对晶体结构的影响，选择影响指数最大的运行参数作为主运行参数，所述影响指数按如下公式计算：FFi＝Ri/(ΣRi)·α+Xi·β+Yi·γ，式中，FFi为第i个运行参数的影响指数；Ri为各子实验中第i个运行参数对应的晶体结构量化数值的极差；Xi为用以表征晶体结构量化数值随第i个运行参数的变化趋势的趋势指数，当晶体结构量化数值与第i个运行参数正相关或负相关时，趋势指数为0.1，否则趋势指数为-0.1；Yi为用以表征第i个运行参数调控效率的调控效率指数，越容易调控取值越大，且各运行参数调控效率指数之和ΣYi＝1；α、β、γ为调整各项权重的系数，α＝0.5～0.9，β＝0.1～0.3，γ＝0.1～0.3。优选地，所述步骤2.1)中，运行参数包括电弧能量、反应气流量、处理时间和冷却气流量。上述参数是直流电弧等离子体处理过程中最主要的四个因素，将其全部进行分析研究，依此得出各各运行参数对晶体结构的影响，使得主运行参数的选择以及其它运行参数的设定更为可靠、全面。优选地，所述步骤2.1)中，预实验采用正交实验分析方法对子实验进行设计。优选地，所述步骤2.2)中，其它运行参数依据低能耗、高效率和安全稳定的原则进行择优选取。依据低能耗、高效率、安全稳定等原则有利于形成最佳的晶体结构编辑过程，直流电弧等离子体处理采用优化后的运行参数可以实现针对晶体结构的编辑，而避免传统晶体结构改变过程中整体系统全部处于高温或者高压的状态，可实现低温常压的晶体结构编辑。优选地，所述流程1)～3)中，采用X射线衍射对晶体结构进行测量。优选地，所述流程1)～3)中，选择容易通过等离子体处理转化为目标晶体结构的物质作为被编辑物质或待建立数据物质，有利于降低实验难度，提高实验效率。优选地，该方法按所述流程1)～3)对TiO2的晶体结构进行编辑时，选择纯粹的锐钛型TiO2作为被编辑物质或待建立数据物质，经过编辑后获得所需金红石晶型比率的TiO2。更优选地，在通过X射线衍射对编辑后TiO2的晶体结构进行测量时，根据XRD图谱中的强度数据按下式估算金红石晶型比率：FR＝[1+0.8IA/IR]-1，式中，FR为编辑后TiO2中金红石型比率，IA和IR分别表示锐钛型和金红石型衍射峰的积分强度。其他物质的晶体机构也可以通过XRD图谱和相应的经验公式进行估算，这在本领域是已知的，此不赘述。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1)利用直流电弧集中而又快速响应的能量以及等离子体的特殊性质从而实现高效便捷的晶体结构改变；2)利用非平衡直流电弧等离子体的特性，可实现低温常压下晶体结构的编辑；3)通过运行参数数据库的建立和调用，对主运行参数进行控制辅以其它运行参数的优选，实现不同物质晶体结构的精确可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用非平衡直流电弧等离子体进行晶体结构编辑的方法，其特征在于：包括1)主运行流程和2)建立参数流程；其中，主运行流程具体包括如下步骤：1.1)判断被编辑物质是否存在于经由建立参数流程建立的运行参数数据库中，如果是则调用运行参数数据库中的运行参数，否则转入建立参数流程中建立该物质的运行参数数据后返回主运行流程；1.2)依据调用的运行参数数据调整直流电弧等离子体处理装置，对被编辑物质进行直流电弧等离子体处理；1.3)直流电弧等离子体处理完成后，对处理后的被编辑物质的晶体结构进行测量，判断是否为目标晶体结构，如果是则输出产品；建立参数流程具体包括如下步骤：2.1)进行预实验：选择等离子体处理装置的多个运行参数，对待建立数据物质进行预实验，预实验包括多个子实验，每个子实验选择一组运行参数进行直流电弧等离子体处理，并对获得的晶体结构进行测量；2.2)确定主运行参数：对比各个子实验的测量结果，评价各运行参数对晶体结构的影响，选取出对待建立数据物质晶体结构影响最显著的运行参数，作为其晶体结构编辑中的主运行参数；同时择优选择其它运行参数；2.3)进行验证实验：保持其他运行参数的数值固定，改变主运行参数的数值，通过直流电弧等离子体对被编辑物质进行处理，对处理后样品的晶体结构进行测量，得到对应不同主运行参数的晶体结构数据；2.4)将该物质的运行参数数据，包括主运行参数与晶体结构的对应数据，以及固定数值的其他运行参数录入运行参数数据库中。...

【技术特征摘要】
2018.05.25 CN 20181053089241.一种采用非平衡直流电弧等离子体进行晶体结构编辑的方法，其特征在于：包括1)主运行流程和2)建立参数流程；其中，主运行流程具体包括如下步骤：1.1)判断被编辑物质是否存在于经由建立参数流程建立的运行参数数据库中，如果是则调用运行参数数据库中的运行参数，否则转入建立参数流程中建立该物质的运行参数数据后返回主运行流程；1.2)依据调用的运行参数数据调整直流电弧等离子体处理装置，对被编辑物质进行直流电弧等离子体处理；1.3)直流电弧等离子体处理完成后，对处理后的被编辑物质的晶体结构进行测量，判断是否为目标晶体结构，如果是则输出产品；建立参数流程具体包括如下步骤：2.1)进行预实验：选择等离子体处理装置的多个运行参数，对待建立数据物质进行预实验，预实验包括多个子实验，每个子实验选择一组运行参数进行直流电弧等离子体处理，并对获得的晶体结构进行测量；2.2)确定主运行参数：对比各个子实验的测量结果，评价各运行参数对晶体结构的影响，选取出对待建立数据物质晶体结构影响最显著的运行参数，作为其晶体结构编辑中的主运行参数；同时择优选择其它运行参数；2.3)进行验证实验：保持其他运行参数的数值固定，改变主运行参数的数值，通过直流电弧等离子体对被编辑物质进行处理，对处理后样品的晶体结构进行测量，得到对应不同主运行参数的晶体结构数据；2.4)将该物质的运行参数数据，包括主运行参数与晶体结构的对应数据，以及固定数值的其他运行参数录入运行参数数据库中。2.根据权利要求1所述的采用非平衡直流电弧等离子体进行晶体结构编辑的方法，其特征在于：该方法还包括3)参数调整流程；所述步骤1.3)中，若处理后的被编辑物质的晶体结构不是目标晶体结构，则按参数调整流程进行处理；所述参数调整流程具体包括如下步骤：3.1)微调主运行参数，对被编辑物质进行直流电弧等离子体处理；3.2)对处理后的被编辑物质的晶体结构进行测量，依据检测出的晶体结构判断是否实现目标晶体结构，如果是则输出产品，否则返回步骤3.1)；3.3)如果按步骤3.1)、3.2)往复微调主运行参数设定次数后依然未实现目标晶体结构，则转入建立参数流程，对该物质的运行参数数据进行重建。3.根据权利要求1所述的采用非平衡直流电弧等离子体进行晶体结构编辑的方法，其特征在于：步骤2.2)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡松，池寰瀛，李寒剑，向军，苏胜，汪一，许凯，何立模，徐俊，韩亨达，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42