Page 110 - 化学分析与检测技术

化学分析与检测技术
Chemical Analysis and Detection Techniques

计算机模拟技术所面临的很多技术壁垒问题也会迎刃而解。网络化顺理成章成为
未来计算机模拟技术的主流发展方向之一。
立体模拟。当前计算机模拟技术在各个行业中的应用都还离不开立体模拟，
并且随着行业的发展，行业对模拟功能的要求将会变得越来越严格，这也指明了

计算机模拟技术的发展方向。当前的计算机模拟技术大多局限于可视化，市面上
绝大多数的二维或三维产品都是以可视化的方式进行。在未来的计算机模拟技术
发展中，将会把听觉、嗅觉、触觉等多种感官层次融入模拟的对象中，将听觉、
嗅觉、触觉等多个层次结合起来，从而达到更好的效果。

二、计算机模拟技术在材料科学中的应用

（一）计算机模拟技术在材料科学研究中的作用
1. 形成计算与试验相结合的先进材料研究方法

现代试验科学根据经验和实践，通过 DOE（全因子设计、田口设计、混料
设计及响应曲面设计等）设计进行试验，并充分考虑因子之间的相互作用，最终
获得试验范围内的最佳工艺组合。以上是目前材料研究中最常用的方法，虽然完
全抛弃了传统意义上的“炒菜”式研究方法，但实际上其试验量仍非常大，且多

数情况下由于配方或制备方法不合适，很难制备出符合预想的组织结构，即预想
的组织结构与实际制备出的组织结构相差甚远，会导致材质设计周期更长。
对计算机模拟而言，从某种意义上来说，不存在试验量大小的问题，基本可
以随心所欲地进行配方设计计算，不受试验条件和人为的影响。只要在模拟计算

过程中不违反一些基本的原理（如材料动力学和热力学、材料物理和化学及材料
力学等），则计算结果完全可以指导预想组织结构设计。许多新型超硬材料最初
都是先通过理论计算获得可能的结构，再由材料研究者合成获得。例如，许多理
论材料学家通过计算机模拟计算用 C 原子替换 Si 3 N 4 中的 Si 原子，获得理论晶体

结构分别为立方和正交晶系的 SiC 2 N 4 和 Si 2 CN 4 ，硬度达到 63GPa 和 48GPa。而
实验科学家在超高温超高压下成功合成获得了 SiC 2 N 4 和 Si 2 CN 4 ，晶体结构和性
能与模拟计算结果一致。材料研究者对 SiC 增韧 ZrO 2 和 Si 3 N 4 陶瓷基复合材料各
种组分含量进行计算机模拟研究，输出了材料烧结收缩率、密度及强度性能等大

量的数据，与试验值相比误差仅为 5%，准确率达 93%。若将这些基础数据应用
于其它相似材料的研究，可以减少大量的试验。

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