{首页主词},&

材料科學中的模擬仿真，提升文章檔次！

2019-04-04 13:37:29 作者：本網整理來源：材料科學與工程分享至：

導讀：提高文章中稿率、沖高影響因子的關鍵，在于數據的說服力是否足夠強大。實驗結果不理想，數據不夠完美，論文內容缺乏支撐，這些問題有限元仿真模擬都可以輕松解決。幫助文章輕輕松松更上一區，讓你的實驗結果從此告別“差強人意”，高影響因子不是夢！

在當今的高檔次科研論文中我們能夠見到許多都使用到了仿真模擬來闡述科學問題。而這些仿真模擬大多基于有限元方法。今天我們就給大家介紹一下有限元方法及其在材料科學等相關領域中的應用。

有限元是有限元方法（FiniteElement Method）或有限元分析（Finite Element Analysis）的簡稱。有限元方法最早在1952年被提出，早期主要應用于力學領域，用于建筑、飛行器等工程領域的力學仿真模擬。有限元方法原理簡單的說，就是通過將要模擬的實體結構劃分為有限個單元，每一個單元都用一組方程去描述，聯立所有這些方程組并求解，就能得到模擬對象整個的物理量分布。要得到足夠精確的解，需要劃分數量較多的單元，這樣計算量就會非常大，需要借助計算機的計算能力才能得到結果。

隨著有限元理論的發展和計算機計算能力的進步，今天的有限元方法早已經不限于力學領域，有限元方法已經發展為一種普適的數值計算方法，能夠求解各種類型的偏微分方程，在力學、流體、電磁學、光學、電化學、半導體、化工、聲學等幾乎所有的學科領域有限元方法都有它的用武之地。納米材料科學領域也不例外，已經有許多的國內外研究人員在使用有限元方法幫助他們解決科研中遇到的問題，在高檔次學術期刊中，運用有限元方法的文章也越來越多了。接下來我們就來看看納米材料科學領域有限元方法都是怎么使用的。

一、柔性電子領域

美國西北大學John A.Rogers 和黃永剛教授在柔性電子領域做了許多開創性的工作。通過力學設計將硬質的硅基材料制備成可拉伸的柔性器件。他們的這些文章中無一例外都使用了有限元方法向來模擬器件在拉伸過程中的應力應變。通過有限元方法的理論力學分析深刻的闡述了器件設計中的學科原理。另外在熱門領域柔性太陽能電池的設計中，有限元模擬在優化器件彎折性能上也有起著不可替代的作用。

二、傳感器領域

可穿戴柔性傳感技術是又一個熱門研究領域。這類傳感器件主要分布電阻型、電容型、壓電型。無論是以上哪一類我們都可以用有限元方法模擬器件的工作過程。模擬結果方法文章中可以清楚的展示器件在傳感過程中的電場或電流變化，說明了器件的工作原理，并且模擬計算數據可以和實驗測得數據相互印證。王中林院士的研究團隊就在他們的納米發電器件研究文章中大量使用了有限元模擬。

三、微流控領域

微流控是一門涉及化學、流體力學、材料科學和生物醫學的新興交叉學科。微流控器件的設計過程中往往涉及到對多個物理過程的理解，包括流體在特定通道內的流場分布、不混溶兩相流體的流動的控制、溶質在微流控通道內的輸運和擴散、以及流體在電場、光場或聲場這類外場作用下的響應。理解這些物理因素的相互作用是設計微流控器件的關鍵。所以在實驗上制備微流控器件之前，先通過理論上建模仿真優化設計方案是提高科研效率的必要途徑。另外在論文中增添理論模擬的部分也能提升文章質量，助力沖擊高檔次期刊。目前微流控領域以及液滴親疏水浸潤性方面幾個熱點研究方向我們都能通過有限元分析進行仿真模擬。