Računalni model i analiza signala za određivanje mikrostrukturnih parametara nanomaterijala : doktorski rad - Dekanić, Krešimir (K. Dekanić ; Fakultet elektrotehnike i računarstva, 2018)
U znanstvenom području računarstva vrlo je važna implementacija teorija algoritama i matematičkih modela za dizajniranje rješenja problema koja se javljaju u različitim znanstvenim područjima. Dosadašnji modeli koji pružaju informacije o mikrostrukturi nanomaterijala (veličina kristalita, njihov oblik i deformacija kristalita) iz analize snimke rengdenske difrakcije uzoraka pokazuju niz nedostataka tijekom obrade i analize snimljenog signala. Većina rješenja je komercijalna, i kao rezultat pružaju uprosječene vrijednosti, što je vrlo nepotpuna informacija, posebno u slučajevima kada je oblik kristalita anizotropan, tj. različitih dimenzija u različitim smjerovima. U radu su obrađeni sljedeći znanstveni doprinosi, koji pokrivaju algoritme, te računalna rješenja koja adekvatno odgovaraju na zahtjeve eksperimentalne metode rendgenske difrakcije: 1. Model signala snimljenog rendgenskom difrakcijom, te postupak izdvajanja čistog difrakcijskog signala temeljen na tom modelu. 2. Metoda za razdvajanje dviju djelomično preklapajućih sastavnica čistog difrakcijskog signal. 3. Metoda ekstrakcije značajki čistog difrakcijskog signala za određivanje prosječnog oblika i veličine kristalita te raspodjele kristalita po veličini. U ovoj doktorskoj disertaciji razvijeni su. Sam rad koncipiran je u nekoliko cjelina: Uvod – objašnjenje problematike i prikaz dosadašnjih spoznaja u literaturi. To u sebi podrazumijeva teorijske koncepte analize signala prilagođene problematici određivanja mikrostrukture materijala. Nakon njega slijedi Teorijski pregled metoda za obradu i analizu difrakcijskog signala – gdje je dan prikaz dosadašnjih rješenja za modeliranje signala, modeliranje degradacije signala, te uklanjanje šuma koji unosi mjerni uređaj i tehnika snimanja. U trećem poglavlju predstavljen je Model signala snimljenog rendgenskom difrakcijom, te postupak izdvajanja čistog difrakcijskog signala temeljen na tom modelu. Ovdje je opisan model izdvajanja čistog difrakcijskog signala i snimljenog signala koji u sebi unosi šum od strane instrumenta. Nakon toga predstavljena je Metoda za razdvajanje dviju djelomično preklapajućih sastavnica čistog difrakcijskog signala. Ovo predstavlja jedan od najčešćih problema u analizi difrakcijskih snimaka, posebno u slučaju kompleksnih kristalnih struktura. Da bi se dobila informacija o mikrostrukturi uzorka, potrebno je izolirati svaki difrakcijski profil i ovdje je predstavljena metoda za razdvajanje međusobno preklapajućih signala koja još nije korištena u problematici rendgenske difrakcije. U petom poglavlju predstavljene su dvije Metode ekstrakcije značjaki čistog difrakcijskog signala za određivanje prosječnog oblika i veličine kristalita te raspodjele kristalita po veličini. Ovdje je predstavljen konačni cilj disertacije, dobivanje informacija o mikrostrukturnim parametrima nanomaterijala te analiza izračunatih parametara koje rezultiraju „ocrtavanjem“ oblika nanočestice. Postojeći modeli su poboljšani, te je razvijen novi algoritam koji omogućava izradu cjelovitog računalnog rješenja za određivanje veličine kristalita i deformacije kristalita te njihovo ocrtavanje na temelju snimke rendgenske difrakcije. Na kraju svakog poglavlja prikazani su eksperimentalni rezultati koji predstavlja valorizaciju i provjeru algoritma. Materijali su snimljeni elektronskim mikroskopom s visokim razlučivanjem i dobiveni rezultati uspoređeni su s rezultatima dobivenim algoritmom razvijenim u disertaciji čime je potvrđena njegova točnost. Ključne riječi: računalni model, analiza signala, Fourierovi koeficijenti, konvolucija, dekonvolucija, veličina kristalita, deformacija kristalita, nanomaterijali