計算機技術在納米材料研發中的運用研究

蔡繼永

摘要：因為這些納米材料具備獨特的性能，所以在許多領域當中都被認為是有著廣泛應用。鼠標位置靠近紅色文字，可以實時查看與分句相似的情況目前，對其結構和性能的探討已經是材料學、物理學以及化工等眾多領域相互交叉探討和研究的課題。再加上新時代以下計算機技術的蓬勃興起與進步，計算機的模擬也已經逐漸地成為了一種有效的研究方法與手段而被廣泛地運用到對于各種納米材料的研究當中。本文是基于利用計算機技術將其在納米材料開發當中的應用進行了討論。

關鍵詞：計算機技術;納米材料;運用研究

前言：

近年來，隨著計算機技術的不斷興起和發展，利用計算機技術來進行模擬已經成為了一種有效的研究方法并且已經運用在了納米材料的研發當中，并且在對納米材料的結構、力學以及熱學等方面取得了一定的研究成果。利用計算機技術進行模擬實際上就是根據以往的一些研究的經驗，在計算機上面來進行模擬試驗，這種實驗不會受到實驗條件和實驗時間以及空間條件上面的限制，靈活性比較強。目前，使用計算機技術來運用在納米材料研發當中已經成為了重點關注的課題。

一、目前利用計算機技術對納米材料研究現狀

目前，納米材料這門領域的學科已經是在當今世界納米技術當中最富有生命力并且也是一門具有重要研究價值的學科，目前我國對于各種新型納米材料的設計與制備以及其他新型納米復合材料的性能等諸多領域的研究都已經在實踐中取得了舉世矚目的進展，但是在其理論上還遠遠不及國外發達國家。國外一些發達國家對于納米材料的研究，已經由從理論知識的基礎上轉型到實際應用中去。對于現代納米材料這個科學和技術領域應該要實現一些創新，應該更加重視對于納米材料進行模擬實驗，并且還應該要做到能夠更加科學地利用計算機的技術手段來對于納米材料的開發和生產過程進行仿真，這樣一點話，就能夠分析得到納米材料的結構和性能之間的關系，并且對其復雜性也能夠有一個了解。

二、利用計算機技術對納米材料研究的基本理論和方法

實際上，對于納米材料的計算機模擬主要是根據納米原子理論進行模擬和分析來設計和進行的，將一種納米材料可以看成是多個納米原子的一個聚集物，并且將每一個原子都當做是相對獨立的一個單元，然后再通過利用經典動力學或者說也就是統計學的方法對其進行了研究，利用固體理論的知識對各種納米材料結構進行了研究和分析。利用電腦技術對納米材料進行研發能夠轉變成傳統定量化研究方法，從而實現對傳統研發方式的轉換。上文也曾提到過，計算機模擬實驗可能不會因為受到許多影響因素的制約，并且如果我們使用這種計算機模擬實驗方式就可以對其進行一些比較復雜的研究，能夠深入地了解和認識到一種納米材料在化工中的結構和性能。另外，計算機模擬實驗和其他傳統模擬實驗進行對比的話，不僅僅可以提供一個正確與否的模型，并且還可以通過計算機技術來對得到的數據進行分析和處理，從而來提高實驗的效率，能夠有效地節省實驗的開支。在許多情況之下使用計算機模擬實驗都可以比傳統的模擬實驗更加節約時間，而且通過計算機技術來對實驗結果進行分析和處理能夠預言新的結構和性能。

三、計算機技術在納米材料研究當中的應用

3.1 納米材料結構研究的應用

納米材料的結構是由晶體、非晶體以及準晶體三種不同結構組成的。對納米材料的結構進行分析就是通過來構建一些結構圖完成的。目前使用到的最多的方式就是歐幾里得幾何體學，可以得到納米材料的結構規律和結構體系，并且能夠給予其一些幾何描述，另外還可以結合計算機技術當中的圖形學顯示技術觀察到納米材料當中的微觀結構。通常情況下，會利用分布函數理論來對納米材料的結構進行描述，但是受到目前的計算水平的限制，只有在對雙粒子位形的徑向分布函數理論的描述才能夠得到更加廣泛的應用，而且通常會采用四個參數鍵來對原子結構的局域圖進行描述。

利用分布函數理論利用計算機來模擬納米材料當中的徑向分布函數，可以很清楚地發現納米晶體和單晶在徑向分布函數上面具有明顯的差別。如果界面原子的間距小于顆粒半徑的時候，納米晶體的結構就會類似多晶，但是它的分布函數的幅度會隨著原子的間距單調下降，單晶的變化是起伏不定的。

3.2 納米材料性能研究的應用

（1）力學性能的研究

目前，對于納米材料性能的研究已經涵蓋到了力學性能的各個方面當中，比如納米材料的彈性量、拉伸程度以及超塑性等等，這些當面利用計算機技術來進行研究有著更加明顯的效果。并且，通過利用計算機技術模擬實驗可以發現納米材料的力學性能存在有不符合基本的力學規律的特點。通過研究可以發現：納米材料的彈性量會隨著晶體顆粒的大小改變;不同的邊界約束對于單晶體的內部的原子運動和整體的力學都有著明顯的影響;在低溫的條件下，納米材料的超塑性較強，使用較大的拉力會發生變形但是不會斷裂。

（2）熱學性能的研究

通常情況下，納米材料的熱學性能包括熱容、熱穩定性等等。目前經常會使用到計算機技術對納米材料的熱學性能進行研究，尤其是針對于納米材料熱學常量的計算。熱熔能夠將物體內部的晶格的震動情況反映出來，通過使用計算機技術對納米材料進行模擬實驗可以發現納米材料內部的晶體結構較為混亂，跟其它那些常規納米材料進行了對比，納米材料的界面體積較大，納米材料熵對于熱熔的影響也是很大的，熱熔范圍遠遠超過一般粗晶體和非晶體納米材料。納米材料通常是處于能耗比較高的熱力學亞穩態。如果外部的環境和條件是合理適宜的話，那么就會向能耗比較少的狀態進行轉化，在這個轉化過程當中晶體也就會逐漸生成并且長大。但是如果粗晶體納米材料長大成為了粗晶體納米材料，就可能會使其失去原來納米材料的特點，因此，在對納米材料進行轉化過程當中，應該要特別注意如何使其結構平整。

結語：

綜上所述，隨著我國的經濟水平和科學技術的不斷發展，我國對于納米材料的研究也越來越深入，并且已經取得了一定的研究成果。但是在新時代當中，隨著計算機技術的興起和發展，并且如果能夠將計算機技術良好地運用在納米材料的研發過程當中的話，可以有效地提高對納米材料的認識程度和研發的質量效果。在使用計算機技術對納米材料進行計算機模擬實驗的時候，主要就是研究納米材料的結構和性能，并且研究其復雜性。但是由于受到目前技術的限制，研究還無法達到一個更高的水平。因此，在以后的研究當中應該進一步地發展納米材料的物理模型，尤其是在對納米材料的機構進行研究和評析的過程當中，便于對納米材料的結構和性能能夠通過計算機技術進行模擬實驗。

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基金項目：安徽省教育廳省級科研項目（KJ2020A1004）