AI FOR CRYSTAL · 晶体材料专属模型平台 PLATFORM USER MANUAL · v1.0
CHAPTER 04

课题组专属工具篇

专为晶体材料科研场景打造的 AI 辅助工具矩阵

山东大学晶体材料全国重点实验室 Shandong University · Crystal Materials National Key Laboratory
2026
CONTENTS
04章节导览
从通用检查到 7 类课题组专属工具
01
使用专属工具前的通用检查
4.1 · 提交前核对清单
02
基础工具 · 论文写作辅助
4.2 · 结构 / 材料 / 表达
03
单颗粒光谱（上）
4.3 · 指纹库 / 曲线拟合
04
单颗粒光谱（下）
4.3 · 荧光映射 / 数据输出
05
铁电晶体工具
4.4 · 归因 / 缺陷 / 外形
06
碳化硅工具（上）
4.5 · 档案 / 多炉次对比
07
碳化硅工具（下）
4.5 · 缺陷关联 / 生长曲线
08
电光晶体工具
4.6 · 模型上传 / 高度预测
09
生物压电晶体（上）
4.7 · CIF 特征 / 细胞表型
10
生物压电晶体（下）
4.7 · CGCNN PBE 带隙
11
科研使用底线
三层判读法 · 7 条红线
AI For Crystal课题组专属工具篇 · 目录02 / 14
4.1 · PRE-USE CHECK
使用专属工具前的通用检查
提交任何定制工具任务前，请逐条核对
1文件属于正确样品 / 晶体 / 炉次
2文件为原始数据或有明确处理记录的版本
3单位、坐标轴、时间范围、实验条件清晰
4所选模型与工具、输入、预测目标一致
5未使用结果文件代替原始输入文件
6已记录任务名称、输入版本和操作人
7了解工具输出的实际含义和禁止外推范围
核心原则：任何工具结果都是"辅助分析"与"待验证结论"，不直接替代原始实验记录、材料机理验证或人工检测。
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检查清单示意
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AI For Crystal课题组专属工具篇 · 4.103 / 14
4.2 · PAPER WRITING ASSIST
基础工具 · 论文写作辅助
结构搭建 · 材料整理 · 表达修改

功能定位

围绕已有论文、参考资料、研究思路、创新点、实验方法和实验数据组织文稿，适合搭建结构、整理材料和修改表达，不负责确认事实、引用和科研结论。

完整操作步骤

  1. 进入"基础工具—论文写作"，新建写作任务
  2. 上传草稿、参考资料或实验材料
  3. 填写研究思路、创新点、实验方法、实验数据
  4. 使用"添加新标题"补充章节，删除错误或重复输入项
  5. 选择保存草稿或创建写作任务，按章节继续对话修改
  6. 对事实 / 数值 / 单位 / 图表 / 引用 / 署名逐项人工审核
输出定位：只用于辅助写作，作者必须回查原文和原始数据。
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论文写作界面
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AI For Crystal课题组专属工具篇 · 4.204 / 14
4.3 · SINGLE-PARTICLE SPECTROSCOPY · I
单颗粒光谱工具
光谱指纹库
检索 · 相似匹配 · 关键差异比较

功能定位

集中查看、检索和管理单颗粒光谱记录，并根据用户上传未知材料，寻找指纹库中可替代的相似材料。

关键结果解读

  • 相似度排序不是识别概率或置信度证明
  • 关键差异关注峰值波长、荧光寿命、PL 激发峰、半峰宽
  • 相似列表只能作为检索线索，不能证明样品成分或来源相同
  • 最终判断必须结合原始光谱、样品信息、测试条件

4.3.2 非线性曲线拟合

导入实验数据 → 选择具有合理物理含义的拟合模型 → 获取拟合曲线和参数。结果应同时满足：模型机理合理、参数在合理范围、对异常点不过度敏感。

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光谱指纹库示意
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AI For Crystal课题组专属工具篇 · 4.3（上）05 / 14
4.3 · SINGLE-PARTICLE SPECTROSCOPY · II
单颗粒光谱工具
荧光映射 & 数据输出
ROI 选定 · 数值映射 · 多峰复核

4.3.3 荧光成像数值映射

上传荧光图像 → 选择/调整 ROI（感兴趣区域） → 执行数值映射。

  • 数值仅对当前图像 · 当前通道 · 当前 ROI有效
  • 图像饱和会压缩真实差异，背景过高会抬高结果
  • 伪彩色仅用于显示，颜色不能脱离色标直接解释
  • 不应单凭单张图像的荧光强度/寿命推断材料含量

4.3.4 光谱数据输出

导入光谱 → 核对横/纵轴含义及单位 → 预览曲线 → 比较原始光谱 · 平滑曲线 · 参数标注。多峰 / 噪声 / 基线漂移时必须回原始数据复核。

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荧光成像数值映射
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AI For Crystal课题组专属工具篇 · 4.3（下）06 / 14
4.4 · FERROELECTRIC CRYSTAL
铁电晶体工具
三维分析矩阵
异常归因 · 缺陷检测 · 外形预测
子工具核心输入关键输出
单炉次异常归因炉次编号 + 操作/生长记录 + 晶体图片待验证诊断结论
晶体缺陷检测晶体图像 + TorchScript.pt 模型缺陷列表 + 标注结果图
晶体外形预测生长记录 + 六维参数 + TorchScript.ptPNG 外形结果图

通用解读要点

  • 异常归因 = 待验证诊断，不是已证明根因
  • 缺陷编号/类型不表示严重度；漏检/错标都可能发生
  • 外形预测输出是图像，不是尺寸测量报告
  • 三项工具均不返回置信区间；最终结论必须结合人工检测
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铁电晶体检测图
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AI For Crystal课题组专属工具篇 · 4.407 / 14
4.5 · SILICON CARBIDE · I
碳化硅工具
档案 & 多炉次对比
11 项生长参数 × 13 项 FRT 指标

4.5.1 炉次生长档案

录入/管理炉次基础信息 + 程序文档 + 表征文件，支持查询/编辑/复制/删除。档案是记录入口，不是分析结论。

4.5.2 多炉次对比

核心输入：3 ~ 50 组生长记录 + 等数量 FRT 报告（PDF）

  • 11 项生长参数：G1 / 空气层 / 生长温度 / 折合生长时间 / 单晶区直径 / 生长速率 / 凸率 / 晶体偏 / 上盖结晶高度·直径·重量
  • 13 项 FRT 指标：TTV / Warp / BowBf / Sori / Thickness / Ltv …
≠ 因果：线性相关不自动证明工艺参数导致指标变化。
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多炉次参数节点图
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AI For Crystal课题组专属工具篇 · 4.5（上）08 / 14
4.5 · SILICON CARBIDE · II
碳化硅工具
缺陷关联 & 生长曲线
多表征联合分析 · 工艺波动识别

4.5.3 表征缺陷关联

以缺陷图为主文件，联合高阻 / 低阻 / 应力 / FRT / XRD 至少一种表征，统一到 800×800 像素 坐标后一对一内连接。

  • 计算内容：描述性统计 / Pearson & Spearman 相关 / 高低分组差异 / 中心-中部-边缘及四象限统计
  • 热点阈值：缺陷值第 80 百分位
  • XRD 参与分析但不出预览图；空间对齐失真会直接影响关联结果

4.5.4 生长曲线分析

上传曲线文件 → 查看工艺参数随时间/阶段变化 → 识别偏离 / 波动 / 漂移 / 阶段性异常。

重点对比：设定值 vs 实际值的偏差、响应滞后、超调、长期漂移、周期性振荡、突变、平台段和缺失点。
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生长曲线对比图
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AI For Crystal课题组专属工具篇 · 4.5（下）09 / 14
4.6 · ELECTRO-OPTIC CRYSTAL
电光晶体工具
高度变化量预测
可信模型上传 · 三特征预测

功能定位

上传可信的Joblib / PKL 模型，使用生长槽实际温度、饱和点温度、当前晶体高度，预测 predicted_delta_h。

模型上传规范

  • 格式：.joblib / .pkl，最大 200 MiB
  • 系统验收：检查 predict 能力 + 输入特征数 = 3
  • 保存 python_model_id，记录模型版本 / 训练数据版本 / 用途
  • 上传成功 ≠ 预测精度通过科研验收，必须做上线前验证

三特征输入

1生长槽实际温度
2饱和点温度
3当前晶体高度  ·  均需有限数值，单位必须与训练模型一致
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电光晶体生长示意
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AI For Crystal课题组专属工具篇 · 4.610 / 14
4.7 · BIO-PIEZOELECTRIC · I
生物压电晶体
CIF 特征 & 细胞表型
23 项结构特征 · 图像自动分类

4.7.1 CIF 结构与 23 项特征提取

使用 Pymatgen 解析 CIF → 通过 Matminer / Pymatgen 计算 23 项特征。

  • 输入限制：CIF ≤ 10 MiB，sites ≤ 1000
  • 特征类：电负性 / 原子半径 / 价电子数 / 极化率 / 熔点密度 / 堆积系数 / 空间群 / 对称操作 / 配位数 …
  • 与 CGCNN 相互独立，23 项特征不是 CGCNN 输入
  • 无序结构（isOrdered=false）的特征代表平均结构，非唯一微观构型

4.7.2 细胞表型分析

上传图像 → 自动分类/框选/计数 → 通过人工框选工具校正漏检/误检/分类错误。

不同视野的细胞数量不能直接比较，除非面积、倍率和采样规则一致。
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CIF 晶体结构图
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AI For Crystal课题组专属工具篇 · 4.7（上）11 / 14
4.7 · BIO-PIEZOELECTRIC · II
生物压电晶体
CGCNN PBE 带隙预测
周期性晶体图 · 正式模型 cgcnn_bandgap_v1

模型参数

1输入文件：CIF，最大 10 MiB
2邻居截断半径：8.0 Å
3最大邻居数：8
4距离步长：0.2 Å

官方测试集指标（1000 样本）

指标数值含义
MAE0.2134 eV绝对误差平均
RMSE0.3241 eV对大误差更敏感
R²0.9248决定系数
Spearman0.9618排序一致性
边界：pbeBandgap ≠ 实验光学带隙；MAE/RMSE 是总体指标 ≠ 单材料误差保证；R² 高 ≠ 所有体系可靠。适合候选筛选和排序，关键结论需第一性原理计算或实验验证。
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CGCNN 晶体图示意
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AI For Crystal课题组专属工具篇 · 4.7（下）12 / 14
SCIENTIFIC RED LINE
科研使用底线
所有工具通用的结果判读法
三层结果判读：① 直接事实（系统返回了什么）→ ② 条件化解释（在输入正确、模型适用前提下可能说明什么）→ ③ 禁止外推（模型没训练的目标不能推断）
1不用模型结果替代原始实验记录
2不把相关性写成因果性
3不为没有单位的结果擅自加单位
4不把标注图颜色/框面积解释为缺陷严重度
5不把一次预测当作精度或性能证明
6不忽略文件版本 · 模型版本 · 样品编号 · 实验条件
7对论文、报告、对外材料中的结论执行人工复核
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警示图
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AI For Crystal课题组专属工具篇 · 科研底线13 / 14
AI FOR CRYSTAL · 晶体材料专属模型平台 THANK YOU
END OF CHAPTER 04

让 AI 成为
科研最可靠的副手

用正确的工具 · 在正确的边界 · 做正确的科研

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