论文部分内容阅读
摘要：因为这些纳米材料具备独特的性能，所以在许多领域当中都被认为是有着广泛应用。鼠标位置靠近红色文字，可以实时查看与分句相似的情况目前，对其结构和性能的探讨已经是材料学、物理学以及化工等众多领域相互交叉探讨和研究的课题。再加上新时代以下计算机技术的蓬勃兴起与进步，计算机的模拟也已经逐渐地成为了一种有效的研究方法与手段而被广泛地运用到对于各种纳米材料的研究当中。本文是基于利用计算机技术将其在纳米材料开发当中的应用进行了讨论。
关键词：计算机技术;纳米材料;运用研究
前言：
近年来，随着计算机技术的不断兴起和发展，利用计算机技术来进行模拟已经成为了一种有效的研究方法并且已经运用在了纳米材料的研发当中，并且在对纳米材料的结构、力学以及热学等方面取得了一定的研究成果。利用计算机技术进行模拟实际上就是根据以往的一些研究的经验，在计算机上面来进行模拟试验，这种实验不会受到实验条件和实验时间以及空间条件上面的限制，灵活性比较强。目前，使用计算机技术来运用在纳米材料研发当中已经成为了重点关注的課题。
一、目前利用计算机技术对纳米材料研究现状
目前，纳米材料这门领域的学科已经是在当今世界纳米技术当中最富有生命力并且也是一门具有重要研究价值的学科，目前我国对于各种新型纳米材料的设计与制备以及其他新型纳米复合材料的性能等诸多领域的研究都已经在实践中取得了举世瞩目的进展，但是在其理论上还远远不及国外发达国家。国外一些发达国家对于纳米材料的研究，已经由从理论知识的基础上转型到实际应用中去。对于现代纳米材料这个科学和技术领域应该要实现一些创新，应该更加重视对于纳米材料进行模拟实验，并且还应该要做到能够更加科学地利用计算机的技术手段来对于纳米材料的开发和生产过程进行仿真，这样一点话，就能够分析得到纳米材料的结构和性能之间的关系，并且对其复杂性也能够有一个了解。
二、利用计算机技术对纳米材料研究的基本理论和方法
实际上，对于纳米材料的计算机模拟主要是根据纳米原子理论进行模拟和分析来设计和进行的，将一种纳米材料可以看成是多个纳米原子的一个聚集物，并且将每一个原子都当做是相对独立的一个单元，然后再通过利用经典动力学或者说也就是统计学的方法对其进行了研究，利用固体理论的知识对各种纳米材料结构进行了研究和分析。利用电脑技术对纳米材料进行研发能够转变成传统定量化研究方法，从而实现对传统研发方式的转换。上文也曾提到过，计算机模拟实验可能不会因为受到许多影响因素的制约，并且如果我们使用这种计算机模拟实验方式就可以对其进行一些比较复杂的研究，能够深入地了解和认识到一种纳米材料在化工中的结构和性能。另外，计算机模拟实验和其他传统模拟实验进行对比的话，不仅仅可以提供一个正确与否的模型，并且还可以通过计算机技术来对得到的数据进行分析和处理，从而来提高实验的效率，能够有效地节省实验的开支。在许多情况之下使用计算机模拟实验都可以比传统的模拟实验更加节约时间，而且通过计算机技术来对实验结果进行分析和处理能够预言新的结构和性能。
三、计算机技术在纳米材料研究当中的应用
3.1 纳米材料结构研究的应用
纳米材料的结构是由晶体、非晶体以及准晶体三种不同结构组成的。对纳米材料的结构进行分析就是通过来构建一些结构图完成的。目前使用到的最多的方式就是欧几里得几何体学，可以得到纳米材料的结构规律和结构体系，并且能够给予其一些几何描述，另外还可以结合计算机技术当中的图形学显示技术观察到纳米材料当中的微观结构。通常情况下，会利用分布函数理论来对纳米材料的结构进行描述，但是受到目前的计算水平的限制，只有在对双粒子位形的径向分布函数理论的描述才能够得到更加广泛的应用，而且通常会采用四个参数键来对原子结构的局域图进行描述。
利用分布函数理论利用计算机来模拟纳米材料当中的径向分布函数，可以很清楚地发现纳米晶体和单晶在径向分布函数上面具有明显的差别。如果界面原子的间距小于颗粒半径的时候，纳米晶体的结构就会类似多晶，但是它的分布函数的幅度会随着原子的间距单调下降，单晶的变化是起伏不定的。
3.2 纳米材料性能研究的应用
（1）力学性能的研究
目前，对于纳米材料性能的研究已经涵盖到了力学性能的各个方面当中，比如纳米材料的弹性量、拉伸程度以及超塑性等等，这些当面利用计算机技术来进行研究有着更加明显的效果。并且，通过利用计算机技术模拟实验可以发现纳米材料的力学性能存在有不符合基本的力学规律的特点。通过研究可以发现：纳米材料的弹性量会随着晶体颗粒的大小改变;不同的边界约束对于单晶体的内部的原子运动和整体的力学都有着明显的影响;在低温的条件下，纳米材料的超塑性较强，使用较大的拉力会发生变形但是不会断裂。
（2）热学性能的研究
通常情况下，纳米材料的热学性能包括热容、热稳定性等等。目前经常会使用到计算机技术对纳米材料的热学性能进行研究，尤其是针对于纳米材料热学常量的计算。热熔能够将物体内部的晶格的震动情况反映出来，通过使用计算机技术对纳米材料进行模拟实验可以发现纳米材料内部的晶体结构较为混乱，跟其它那些常规纳米材料进行了对比，纳米材料的界面体积较大，纳米材料熵对于热熔的影响也是很大的，热熔范围远远超过一般粗晶体和非晶体纳米材料。纳米材料通常是处于能耗比较高的热力学亚稳态。如果外部的环境和条件是合理适宜的话，那么就会向能耗比较少的状态进行转化，在这个转化过程当中晶体也就会逐渐生成并且长大。但是如果粗晶体纳米材料长大成为了粗晶体纳米材料，就可能会使其失去原来纳米材料的特点，因此，在对纳米材料进行转化过程当中，应该要特别注意如何使其结构平整。
结语：
综上所述，随着我国的经济水平和科学技术的不断发展，我国对于纳米材料的研究也越来越深入，并且已经取得了一定的研究成果。但是在新时代当中，随着计算机技术的兴起和发展，并且如果能够将计算机技术良好地运用在纳米材料的研发过程当中的话，可以有效地提高对纳米材料的认识程度和研发的质量效果。在使用计算机技术对纳米材料进行计算机模拟实验的时候，主要就是研究纳米材料的结构和性能，并且研究其复杂性。但是由于受到目前技术的限制，研究还无法达到一个更高的水平。因此，在以后的研究当中应该进一步地发展纳米材料的物理模型，尤其是在对纳米材料的机构进行研究和评析的过程当中，便于对纳米材料的结构和性能能够通过计算机技术进行模拟实验。
参考文献：
[1]薛增泉.纳米材料探索[M].北京：清华大学出版社，2021.
[2]崔铮.微纳米加工技术及其应用[M].北京：高等教育出版社，2021.
[3]刘吉平，郝向东.纳米科学与技术[J].北京：高等教育出版社，2021.
[4]高濂，孙静，刘阳桥.纳米粉体的分散及表面改性[M].北京：化学工业出版社，2021.
基金项目：安徽省教育厅省级科研项目（KJ2020A1004）
关键词：计算机技术;纳米材料;运用研究
前言：
近年来，随着计算机技术的不断兴起和发展，利用计算机技术来进行模拟已经成为了一种有效的研究方法并且已经运用在了纳米材料的研发当中，并且在对纳米材料的结构、力学以及热学等方面取得了一定的研究成果。利用计算机技术进行模拟实际上就是根据以往的一些研究的经验，在计算机上面来进行模拟试验，这种实验不会受到实验条件和实验时间以及空间条件上面的限制，灵活性比较强。目前，使用计算机技术来运用在纳米材料研发当中已经成为了重点关注的課题。
一、目前利用计算机技术对纳米材料研究现状
目前，纳米材料这门领域的学科已经是在当今世界纳米技术当中最富有生命力并且也是一门具有重要研究价值的学科，目前我国对于各种新型纳米材料的设计与制备以及其他新型纳米复合材料的性能等诸多领域的研究都已经在实践中取得了举世瞩目的进展，但是在其理论上还远远不及国外发达国家。国外一些发达国家对于纳米材料的研究，已经由从理论知识的基础上转型到实际应用中去。对于现代纳米材料这个科学和技术领域应该要实现一些创新，应该更加重视对于纳米材料进行模拟实验，并且还应该要做到能够更加科学地利用计算机的技术手段来对于纳米材料的开发和生产过程进行仿真，这样一点话，就能够分析得到纳米材料的结构和性能之间的关系，并且对其复杂性也能够有一个了解。
二、利用计算机技术对纳米材料研究的基本理论和方法
实际上，对于纳米材料的计算机模拟主要是根据纳米原子理论进行模拟和分析来设计和进行的，将一种纳米材料可以看成是多个纳米原子的一个聚集物，并且将每一个原子都当做是相对独立的一个单元，然后再通过利用经典动力学或者说也就是统计学的方法对其进行了研究，利用固体理论的知识对各种纳米材料结构进行了研究和分析。利用电脑技术对纳米材料进行研发能够转变成传统定量化研究方法，从而实现对传统研发方式的转换。上文也曾提到过，计算机模拟实验可能不会因为受到许多影响因素的制约，并且如果我们使用这种计算机模拟实验方式就可以对其进行一些比较复杂的研究，能够深入地了解和认识到一种纳米材料在化工中的结构和性能。另外，计算机模拟实验和其他传统模拟实验进行对比的话，不仅仅可以提供一个正确与否的模型，并且还可以通过计算机技术来对得到的数据进行分析和处理，从而来提高实验的效率，能够有效地节省实验的开支。在许多情况之下使用计算机模拟实验都可以比传统的模拟实验更加节约时间，而且通过计算机技术来对实验结果进行分析和处理能够预言新的结构和性能。
三、计算机技术在纳米材料研究当中的应用
3.1 纳米材料结构研究的应用
纳米材料的结构是由晶体、非晶体以及准晶体三种不同结构组成的。对纳米材料的结构进行分析就是通过来构建一些结构图完成的。目前使用到的最多的方式就是欧几里得几何体学，可以得到纳米材料的结构规律和结构体系，并且能够给予其一些几何描述，另外还可以结合计算机技术当中的图形学显示技术观察到纳米材料当中的微观结构。通常情况下，会利用分布函数理论来对纳米材料的结构进行描述，但是受到目前的计算水平的限制，只有在对双粒子位形的径向分布函数理论的描述才能够得到更加广泛的应用，而且通常会采用四个参数键来对原子结构的局域图进行描述。
利用分布函数理论利用计算机来模拟纳米材料当中的径向分布函数，可以很清楚地发现纳米晶体和单晶在径向分布函数上面具有明显的差别。如果界面原子的间距小于颗粒半径的时候，纳米晶体的结构就会类似多晶，但是它的分布函数的幅度会随着原子的间距单调下降，单晶的变化是起伏不定的。
3.2 纳米材料性能研究的应用
（1）力学性能的研究
目前，对于纳米材料性能的研究已经涵盖到了力学性能的各个方面当中，比如纳米材料的弹性量、拉伸程度以及超塑性等等，这些当面利用计算机技术来进行研究有着更加明显的效果。并且，通过利用计算机技术模拟实验可以发现纳米材料的力学性能存在有不符合基本的力学规律的特点。通过研究可以发现：纳米材料的弹性量会随着晶体颗粒的大小改变;不同的边界约束对于单晶体的内部的原子运动和整体的力学都有着明显的影响;在低温的条件下，纳米材料的超塑性较强，使用较大的拉力会发生变形但是不会断裂。
（2）热学性能的研究
通常情况下，纳米材料的热学性能包括热容、热稳定性等等。目前经常会使用到计算机技术对纳米材料的热学性能进行研究，尤其是针对于纳米材料热学常量的计算。热熔能够将物体内部的晶格的震动情况反映出来，通过使用计算机技术对纳米材料进行模拟实验可以发现纳米材料内部的晶体结构较为混乱，跟其它那些常规纳米材料进行了对比，纳米材料的界面体积较大，纳米材料熵对于热熔的影响也是很大的，热熔范围远远超过一般粗晶体和非晶体纳米材料。纳米材料通常是处于能耗比较高的热力学亚稳态。如果外部的环境和条件是合理适宜的话，那么就会向能耗比较少的状态进行转化，在这个转化过程当中晶体也就会逐渐生成并且长大。但是如果粗晶体纳米材料长大成为了粗晶体纳米材料，就可能会使其失去原来纳米材料的特点，因此，在对纳米材料进行转化过程当中，应该要特别注意如何使其结构平整。
结语：
综上所述，随着我国的经济水平和科学技术的不断发展，我国对于纳米材料的研究也越来越深入，并且已经取得了一定的研究成果。但是在新时代当中，随着计算机技术的兴起和发展，并且如果能够将计算机技术良好地运用在纳米材料的研发过程当中的话，可以有效地提高对纳米材料的认识程度和研发的质量效果。在使用计算机技术对纳米材料进行计算机模拟实验的时候，主要就是研究纳米材料的结构和性能，并且研究其复杂性。但是由于受到目前技术的限制，研究还无法达到一个更高的水平。因此，在以后的研究当中应该进一步地发展纳米材料的物理模型，尤其是在对纳米材料的机构进行研究和评析的过程当中，便于对纳米材料的结构和性能能够通过计算机技术进行模拟实验。
参考文献：
[1]薛增泉.纳米材料探索[M].北京：清华大学出版社，2021.
[2]崔铮.微纳米加工技术及其应用[M].北京：高等教育出版社，2021.
[3]刘吉平，郝向东.纳米科学与技术[J].北京：高等教育出版社，2021.
[4]高濂，孙静，刘阳桥.纳米粉体的分散及表面改性[M].北京：化学工业出版社，2021.
基金项目：安徽省教育厅省级科研项目（KJ2020A1004）