高变质煤HRTEM图像中芳香晶格条纹的MASK R-CNN识别

近年来,人工智能的兴起推动了我国煤炭行业在绿色环保、智能生产等方面的发展。针对芳香晶格条纹识别过程中存在的解译慢、周期长和误判率高等问题,提出了一种基于MASK R-CNN的智能提取方法。该智能提取方法通过调整特征参数和优化网络结构,对条纹特征的识别算法进行改进:①跳过前期预处理过程,以端到端的模式进行芳香晶格条纹的特征提取训练,实现从原始HRTEM中自动识别芳香晶格条纹的功能;②突破常规神经网络提取目标物外轮廓的思维桎梏,实现对线要素的快速准确分割。以人工解译结果为标准,通过智能提取结果和传统提取结果在精度评价、识别效果和参数提取等方面的对比,验证该智能提取方法的有效性。结果表明,在识别精度方面,智能提取方法的准确率、精准率、召回率和交并比的数值为91.2%,85.2%,83.4%和72.9%,分别高于传统提取方法的89.9%,62.1%,75.4%和51.6%;在识别效果方面,智能提取方法对细节的处理更加智能,提取的线条连贯性和平滑性更好,同时噪音更少;在长度和取向等参数的统计分析方面,智能提取结果与人工解译结果在取向和长度分布图上的匹配度更高。综上所述,该智能提取方法通过MASK R-CNN进行芳香晶格条纹的自动识别,降低工作成本,提高工作效率,为煤大分子结构研究提供更快捷可靠的数据支持。

基于HRTEM的炭黑芳香晶格条纹结构特性研究

为了深入开展碳质材料芳香结构相关的微观化学特性研究,掌握碳质材料化学生产与转化机理,基于高分辨率透射电镜技术(HRTEM)提出微晶结构定量分析方法,从4种来源不同的炭黑样品的HRTEM图像取芳香晶格条纹,并定量表征晶格条纹的长度、角度、曲率以及堆垛等特征参数。研究结果表明:同一样品不同区域、不同样品之间的微晶结构分布规律相似;随条纹长度递增,晶格条纹数量减少,短条纹居多;晶格角度、曲率分布分散;堆垛以单层为主,随堆垛层数递增,堆垛的数量减少;同一样品不同区域在同一条纹长度、角度及曲率范围内分布的晶格条纹数相差1%以内,微晶结构差异较小,不同样品之间相差可达5%以上,差异较为显著。所提的HRTEM微晶结构定量分析方法能够得到炭黑芳香晶格条纹微观结构分布特征,适用于包含多环芳香苯环结构的多种碳质材料,可为分子模型构建研究提供数据来源,对进一步认识碳质材料微晶结构特征及多环芳香结构演化有潜在的应用价值。

基于HRTEM表征煤中晶格条纹定向性及曲率的方法——以曹村2号煤为例（英文）

利用ArcGIS提取了曹村2号煤的HRTEM图像的晶格条纹,计算了条纹长度和取向,利用Matlab绘制了玫瑰图。基于对每个晶格条纹分段点的控制,通过自编Python语言处理分段点坐标,针对不同长度的晶格条纹进行了一系列曲率表征,包括分段角度、累积角度和弯曲度等。结果表明:曹村2号煤主要以短的萘条纹为主,0.3 nm^1.14 nm长度的晶格条纹占条纹总数的90%以上,多核芳环数为2~4。晶格条纹方向集中在110°~120°之间,表现出良好的结构定向性。条纹中0°~20°的分段角度占总分段角的一半左右,侧面体现其结构定向性。对于0.3 nm^1.14 nm长度的条纹,累积角度主要集中在4°~160°。弯曲度在1.0~1.1范围内的条纹,约占条纹总数的92%以上。此外,短条纹表现出更大的曲率,这对芳香结构中的非六元环及晶格缺陷的位置和频率有着重要影响。

煅烧温度对煅后石油焦微观结构演变的影响

煅后石油焦是铝电解用炭阳极等冶金炭素材料的主要原料,现有研究缺乏对不同煅烧温度下煅后焦微观结构演变的深入探索,导致冶金炭素材料的制备难以智能调控,降耗困难。针对上述问题,本文利用一种基于高分辨适射电镜(HRTEM)检测的碳材料晶格条纹智能提取技术,结合数学拟合对不同煅烧温度下煅后焦微观结构的演变规律进行了深入探究。结果表明,煅后焦的平均晶格条纹长度、堆叠占比和45°集中分布的特征值在600℃以下会随温度升高而轻微劣化,而在600~1 600℃的温度范围内,各项微观结构特征值的变化规律符合Sigmoid函数模型,随着温度升高先迅速提升后平缓增加;利用拟合曲线的推导公式求得煅后焦各项微观结构特征的有效升温区间,进一步得到煅后焦微观结构特征随温度变化而演变的优先级为晶格取向>晶格堆叠>晶格尺寸生长;通过拉曼光谱分析得到煅后焦的石墨化度R值在25~1 600℃的温度范围内由0.86变化到0.59,石墨化度在不同温度下的变化规律映证了上述各项微观结构特征演变分析的结果。

活化温度对低阶煤基超容炭材料微晶结构特性的影响

以富油煤这一代表性的低阶煤为原料,采用KOH活化法,将富油煤与KOH按照质量比1∶2混合,在活化温度分别为600℃,700℃,800℃及900℃的条件下制备煤基超容炭材料,并使用高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)对煤基超容炭材料进行观测,得到煤基超容炭材料的微晶结构特征参数分布图像,图像经傅立叶变换-反傅立叶变换以及二值化、骨架化等处理,得到煤基超容炭材料微晶结构特征参数分布的定量数据。将不同活化温度下制备的煤基超容炭材料微晶结构特征参数的定量数据进行对比研究,结果表明:在活化温度分别为600℃,700℃,800℃及900℃时制备的煤基超容炭材料的晶格条纹长度平均值分别为0.73 nm,0.77 nm,0.86 nm及0.88 nm;在活化温度分别为600℃,700℃,800℃及900℃时制备的煤基超容炭材料晶格条纹,分别有52.52%,42.11%,48.35%以及56.09%分布在60°~105°晶格条纹角度范围内;分别有70.23%,66.86%,61.29%及59.70%分布在0.10~0.25的曲率范围内;在活化温度分别为600℃,700℃,800℃及900℃时制备的煤基超容炭材料分别有9.16%,10.68%,8.17%及11.99%的堆垛形成。可见随着活化温度的升高,晶格条纹平均长度增大,且晶格条纹取向趋于一致,较小(0~0.10)和较大(0.25~0.35)曲率的晶格条纹占比增多,堆垛数呈现增多趋势。

K_2O-MgO-Al_2O_3-SiO_2系玻璃的分相与析晶

利用HREM和其它分析手段研究了含氟或含锆K2O－MgO－Al2O3－SiO2系统玻璃液滴状分相对成核的影响．实验中观察到成核首先从液滴相内部开始，根据晶核的电子衍射图样和晶格条纹数据结合晶面间距计算，分析了分相对成核的影响以及引起整体析晶的主要因素和析晶次序等．

天津蓟县长城系串岭沟组混层粘土矿物

为了解天津蓟县长城系串岭沟组地层中混层粘土矿物的组成和结构特征,利用X射线粉晶衍射(XRD)和高分辨透射电镜(HRTEM)对其进行了深入研究.通过对比该区粘土矿物的自然干燥片、Ca离子饱和片、Ca饱和的乙二醇膨胀片、加热到375℃和550℃的乙二醇膨胀片获取的XRD衍射峰,确定该区混层粘土矿物为伊利石/蒙脱石(I/S)不规则混层矿物和绿泥石/蒙脱石(Chl/S)不规则混层矿物.从高分辨透射电镜观察到I/S规则及不规则混层的晶格条纹像以及Chl/S不规则混层的晶格条纹像,揭示了该区I/S混层和Chl/S混层的层间堆跺结构特征.该研究为蓟县中元古界典型剖面提供了重要的混层粘土矿物的结构信息.

基于HRTEM的煤中不同聚集态结构表征

对曹村2号煤的HRTEM图像观察发现,晶格条纹呈现出有序-无序的分布。通过对原始图像的不同区域划分,定义了3种不同类型的聚集态结构区域,分别为具有取向一致的条纹区域,类似环状的条纹区域,取向杂乱的条纹区域。基于HRTEM图像处理方法,对不同类型的聚集态结构进行定量表征,包括晶格条纹的长度及取向,以及曲率特征(分段角度,累积角度及曲折度)。结果表明:具有一致取向的条纹区域中,其单个晶格条纹表现出较大的弯曲,体现在分段角度较大,曲折度较大;对于类似环状的条纹区域,从取向上来看,玫瑰图表现出"十字型"分布的特点;而对于取向杂乱的条纹,却表现出单个条纹较好的线性度,体现在分段角度较小,曲折度较小。3者呈现了较为一致的长度分布,累积角度的分布显示出具有一致取向区域的条纹存在较大的曲率,且短条纹贡献了大部分的弯曲。此外,还对不同区域孔径分布进行了分析,得到3者均发育微孔,取向一致的条纹区域中孔径集中于0.4~0.5 nm,而在取向杂乱的条纹区域中孔径整体稍大。结合煤中不同区域晶格条纹特征、孔径分布,以及FTIR,Raman等分子结构参数探讨了煤中聚集态结构的形成机制:不同的芳香结构,脂肪结构及其他分子之间形成的大分子团,再加上分子团内部的缺陷,孔隙等相互作用的结果。

无烟煤微晶结构的高分辨率透射电镜分析

对阳泉3号无烟煤4张HRTEM图像的条纹长度、取向和堆垛分布进行了定量表征。结果表明,条纹分布特征均符合无烟煤的煤级特点。对图片1中3个不同微晶结构区域的条纹进行统计,结果表明,1号区域中,晶格条纹较短平均长度为0.87 nm,整体条纹取向分布杂乱,但短条纹之间以及长条纹之间仍各自存在小范围的有序排列,堆垛最大层数仅4层;3号条纹区域中,晶格条纹较长平均为1.01 nm,取向在135°−180°有较高富集,比例达62.46%,同时堆垛最大层数可达到6层;2号区域条纹分布特征则介于1号和3号之间。大部分条纹表现出弯曲的形态,可能其中有杂元环以及脂肪环的存在。FT-IR和^(13)C NMR的数据表明,脂肪结构多以脂肪环形式存在,其在短条纹拼接形成长条纹的过程中发挥着重要作用。

基于HRTEM新景矿无烟煤的化学结构特征研究

为充分了解煤微观结构,利用高分辨率透射电镜(HRTEM)观察新景矿无烟煤,在不同温度的电镜图像下观察煤样形貌,使用PS及插件处理透射电镜原始照片并进行一系列定量表征,得到煤样芳香片层的条纹长度及定向性,以及曲率、累计角度等一系列参数。选取无烟煤在不同温度下10 nm的照片,分析了无烟煤结构特征,为进一步了解煤微观结构提供一定的理论依据。研究结果表明,该煤样的晶格条纹集中分布在2×2和3×3并以2×2为主;煤样在300~600℃主要呈低环数的芳香层片,随着温度升高,条纹方向逐渐呈现一致性;该煤样为高煤级无烟煤,取向性较好,整体呈现一致的演化规律,且随着温度升高,煤变质作用增强,煤结构逐渐向有序性演化。

7075铝合金搅拌摩擦焊接头沉淀相析出行为

利用搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)技术对厚度为6 mm的7075铝合金进行平板对焊,使用金相显微镜、显微维氏硬度仪对7075铝合金FSW接头进行微观组织观察和显微维氏硬度测试,使用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)对合金进行物相分析,使用透射电镜(transmission electron microscopy,TEM)对接头焊核区(welding nugget zone,WNZ)、热机影响区(thermal-mechanically affected zone,TMAZ)、热影响区(heat affected zone,HAZ)及母材(base metal,BM)中的沉淀相分布、形貌等进行观察,并对沉淀相的晶格条纹间距进行计算。研究结果表明,7075铝合金FSW接头的组织及显微维氏硬度分布极其不均匀;接头中沉淀相主要有棒状MgZn_2和椭圆状AlCuMg两种,沉淀相种类与形状不同,强化效果不同,AlCuMg强化效果好于MgZn_2;WNZ中沉淀相主要是AlCuMg,加之细晶强化,显微维氏硬度较高;相比WNZ,TMAZ中沉淀相AlCuMg数量少,MgZn_2相对增多,强化效果相对减弱,导致显微维氏硬度降低;HAZ中的MgZn_2相对更多,加工硬化和细晶强化效果减弱,HAZ与TMAZ交界处显微维氏硬度达到接头的最低值。

碳笼的TEM观察

用ＴＥＭ对甲苯溶解后的Ｃ６０结晶进行了观察，发现在室温、常压下的一种疑聚分形呈菊花形状，“花瓣”为多重，晶粒择优取向．在适当选择下。

黑镜表面纳米颗粒HREM照片的图象处理

中国古代两种黑镜表层的主要物质ＳｎＯ２是一种有原子掺杂的纳米晶体。对这些纳米晶体的晶格条纹像进行计算机图象处理，可精确测量出纳米晶体的晶面间距离，从而建立了一种精确测定纳米晶体的晶面间距的方法。