[发明专利]氧化锌压敏电阻微观特性模拟优化计算模型

说明书

技术领域

本发明涉高电压梯度新型高性能ZnO压敏电阻研究领域，特别是一种氧化锌压敏电阻微观特性模拟优化计算模型。

背景技术

材料设计的最基本前提是能够用合适的数学模型来描述材料试验研究的实际过程以及其中涉及的各种要素；材料设计的最基本工具是能够真实反映材料特性变化规律的计算模拟模型。

由于上述最优化问题中原始优化变量(原料成分配方和加工工艺条件)和最终优化目标(宏观电气性能参数)之间具有非常复杂的关联关系，因此长期以来试验研究几乎是优化求解的唯一工具和途径。在ZnO压敏电阻性能优化方面所取得的重要成果基本上都建立在极大量的试验研究基础之上，这也是国内多年跟踪研究新型高性能ZnO阀片未有突破的主要原因所在。

原始最优化问题的优化变量和优化目标之间存在着非常复杂的、难以系统归纳和描述的关联关系。与此相比，分成两步以后的每个最优化问题中，原始优化变量和中间优化目标，以及中间优化变量和最终优化目标之间的关联关系，无疑都要更为简单和清晰。对于以上分成两步的优化过程中每一步的优化变量和优化目标，能够建立明确的相互之间的关联关系，是进一步求解原始完整的最优化问题的基本条件。

对于ZnO压敏电阻的计算模拟模型和算法，目前部分研究者已经开展了相关的研究并取得了一定的成果。然而，已有的ZnO压敏电阻计算模拟研究成果仍然存在着一定的问题和不足，难以获得优化变量和目标之间的直接关联关系，即ZnO压敏电阻内在微结构及晶界特性参数与宏观电气性能参数之间错综复杂的影响关系和关联机制。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种氧化锌压敏电阻微观特性模拟优化计算模型。具体设计方案为：

一种氧化锌压敏电阻微观特性模拟优化计算模型，包括第一步优化过程、第二部优化过程，基于第一步优化过程、第二部优化过程，建立基于Voronoi网格的微结构模拟模型、晶界双肖特基势垒的导电机理模型、考虑晶间相旁路效应的晶界分区模型，其特征在于，

所述第一步优化过程中，优化变量是原料成分配方和加工工艺条件，即原始最优化问题的原始优化变量；第一步优化过程的优化目标是ZnO压敏电阻的微结构及晶界特性参数，也是所述第二步优化过程的优化变量，

所述第二部优化过程中，优化变量是ZnO压敏电阻的微结构及晶界特性参数，即第一步优化过程的优化目标；第二步优化过程的优化目标是ZnO压敏电阻的宏观电气性能参数，即原始优化问题的最终优化目标，

所述基于Voronoi网格的微结构模拟模型的建立过程中，包括生成Voronoi种子的基本参数、确认种子实际坐标、实际坐标等效处理，所述生成Voronoi种子的基本参数、确认种子实际坐标、实际坐标等效处理依次进行，

所述晶界双肖特基势垒的导电机理模型中，包括基础公式确立、模型确立、电子热激发公式计算，所述基础公式确立、模型确立、电子热激发公式计算以此进行，

所述考虑晶间相旁路效应的晶界分区模型中，包括模型结构类型区域确定、模型公式确定，所述模型结构类型区域确定、模型公式确定依次进行。

Voronoi网格是几何图形学中一种垂直对分网络图形。对于欧几里德平面上n个点(称为Voronoi种子)，每个种子点对应的Voronoi多边形定义为该平面上所有与该种子点距离小于与其它种子点距离的点的集合；所有种子点对应的Voronoi多边形即构成相应的Voronoi网格。

Voronoi网格的具体形状实际上是由Voronoi种子的位置分布所决定的，不同位置分布的Voronoi种子就会形成对应的、不同形状的Voronoi网格。对以往研究者的相关算法进行了必要的改进所述生成Voronoi种子的基本参数中，

生成Voronoi种子的基本参数包括：晶粒平均尺寸S，单位μm；水平X轴方向晶粒平均数目N_X，竖直Y轴方向晶粒平均数目N_Y；晶粒无序度D。

确认种子实际坐标中，

将N_X×N_Y个Voronoi种子按蜂窝状正六边形阵列中心点的位置进行均匀分布，

对于第i列，即沿X轴正方向排序、第j行，即沿Y轴正方向排序Voronoi种子的坐标(X_ij⁰,Y_ij⁰)，计算公式为：