计算机在材料科学中的应用前四题.docx
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计算机在材料科学中的应用前四题
一、(多道大题需要得分栏使用时可复制粘贴。
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1、2012年,美国康宁公司开发的一种新型可弯曲玻璃,其厚度仅0.1mm,平整度非常高、可绕曲,能够像布一样卷起来。
该玻璃代表着玻璃行业发展的新趋势,未来主要应用于智能手机、平板电脑、弯曲显示屏、太阳能电池及电子印刷等方面,有着广泛的市场前景。
现在需要利用“ISIWebofknowledge”平台查找该玻璃的相关文献,并完成文献分析综述,提出研究思路。
(20分)
具体要求:
(1)、利用ISIWebofknowledge平台检索,并对检索过程进行截图
(2)、Endnote数据库的建立,并对参考文献进行管理
(3)、下载核心期刊论文全文
(4)、下载核心专利全文
(5)、完成~500字左右的检索报告,并按照《Nature》杂志的要求导入参考文献
(6)、将所选用的参考文献导出成“*.html”文件
Endnote数据库的建立
资源检索
文献导入
文献管理
下载核心期刊论文
下载核心专利
检索报告:
康宁公司研发的WillowGlass厚度只有100微米,在拥有可弯曲特性的同时保留了玻璃坚固、透光好、耐磨等优点。
因为其可承受的温度高达500摄氏度,使其可以代替聚合物薄膜,用在生产OLED和LCD屏幕上1。
Willowglass用途主要有三个2:
第一是用作液晶面板及有机EL面板使用的玻璃基板。
采用WillowGlass,可以实现智能手机、平板终端及笔记本电脑的薄型轻量化;
第二是用作可弯曲的柔性显示器的基板。
WillowGlass有助于开发出具有真实感的曲面显示器;
第三是用作有机EL面板等所需要的封装材料。
用WillowGlass罩住有机EL面板等的元器件,可保护元器件不受水分和氧的侵蚀。
康宁强调,玻璃在耐热性方面有优势,WillowGlass最高可支持500℃的工艺温度,因此,可作为高端移动终端使用的低温多晶硅及氧化物半导体TFT基板。
该产品能为OLED和LCD屏幕提供更薄的背板和滤色器。
同时,这种新型超薄柔性玻璃还有助于开发可弯曲的柔性屏幕,可安装在不平的表面上。
WillowGlass玻璃最大的特点就是超薄而且可弯曲,经过查阅文献可以得知,在玻璃弯曲的过程中,最容易产生弯曲应力,弯曲应力由拉伸应力和局部接触诱导挠曲应力组成。
一般来说,最大弯曲引起的拉应力在y=t/2表面,弯曲应力依赖于厚度、模量和半径。
所以由上图可以知道,在设计是最重要的就是要满足弯曲应力和绕曲性能。
美国康宁公司在研究这种玻璃的过程中用了一种新型的融合技术,使得薄玻璃有足够的弯曲强度和绕曲度,而且要使薄玻璃的缺陷足够少,这样在生产出来的玻璃才能达到其预测强度
在生产屏幕时,由于WillowGlass的可弯曲和耐高温的特性,屏幕就可以通过高温连续的卷式制作方法生产出来,情景就如同在印报纸。
康宁WillowGlass的生产采用该公司专有的融合过程。
融合成形进展使人们有可能产生玻璃的厚度为100微米-约复印纸的片材的厚度。
即使在那个厚度,敏感元件提供密封,同时也提供了极佳的光学,热学和表面性质3。
参考文献:
1Muller,R.,Anders,N.,Titus,J.&Enke,D.Ultra-thinporousglassmembranes-Aninnovativematerialfortheimmobilizationofactivespeciesforopticalchemosensors.Talanta107,255-262,doi:
10.1016/j.talanta.2012.12.038(2013).
2Hoshide,T.,Tanaka,M.&Tsujiai,H.FatiguePropertiesofBorosilicateGlassCoatedwithTwo-LayeredCeramicThinFilms.JournalofMaterialsEngineeringandPerformance22,1079-1084,doi:
10.1007/s11665-012-0351-8(2012).
3CORNINGSHOWSOFFNEWFLEXIBLEGLASS.Chem.Eng.News90,16-16(2012).
将所选用的参考文献导出成“*.html”文件
2.在一定条件下,测得某种生物活性材料的显气孔率(VP)与晶化时间(t)和晶化温度(T)关系的实验数据如表1所示。
(15分)
表1生物活性材料气孔率
编号
晶化温度T(K)
晶化时间t(h)
显气孔率VP(%)
1
923
1
34.70
2
923
2
33.35
3
923
4
31.19
4
953
2
31.18
5
973
2
28.86
利用多元线性拟合技术,求出它们之间的近似函数关系式。
VP=a+b1T+b2t求出系数a、b1、b2的值(取小数点后四位)
打开origin创建book1,输入数据将显气孔率设置为Y其他为X
然后点击“analysis”下拉菜单中“fitting”中的“multiplelinearregression”,进行多元线性回归,选因变量Y和自变量X1,X2,点击“OK”
据拟合结果得到的关系式为VP=118.0242-0.089T-0.089t
即a=118.0242b1=-0.0890b2=-0.0890
3.计算机辅助设计(正交设计)及其结果的直观分析(结果观察、结果计算、因素影响的主次关系、趋势图),并选出最优实验方案。
选用L9(34)正交设计表,同时完成下例。
(20分)
研究材料的组成Na2O,K2O,CaO,SiO2,对其弹性模量的影响,要求弹性模量指标越大越好,各因素的水平为:
材料的组成和配比
序号
SiO2
Na2O
K2O
CaO
1
72.0
7.26
8.16
12.68
2
74.0
6.76
7.66
11.68
3
76.0
6.26
7.16
10.68
用L9(34)设计实验,结果为
列号
试验号
1
(SiO2)
2
(Na2O)
3
(K2O)
4
(CaO)
实验方案
实验结果
(弹性模型)
1
1
1
1
1
7.2636
2
1
2
2
2
7.2582
3
1
3
3
3
7.2456
4
2
1
2
3
7.2001
5
2
2
3
1
7.3130
6
2
3
1
2
7.2560
7
3
1
3
2
7.2558
8
3
2
1
3
7.1988
9
3
3
2
1
7.3086
1)实写出实验方案
2)编制直观分析程序
3)利用所编制的程序,分析上述实验结果,并选出最优方案
采用“正交设计助手”对正交实验进行辅助设计。
根据试验的要求选择L9(34)正交表安排实验。
首先输入各个因素,水平等数据,然后根据选定的正交实验安排输入各项实验结果数据,单击“分析“下拉菜单得到实验计划表
单击“分析“下拉菜单,选择”直观分析“命令,得到直观分析表
单击“分析“下拉菜单,选择”因素指标“命令,得到效应曲线图
因为正交助手中效应曲线图对比度不鲜明,下面用excel重新制图
单击“分析“下拉菜单,选择”方差分析“命令,得到方差分析表
从直观分析表中可以看出各列的极差是不相等的,这说明各因素的水平改变对实验结果的影响是不相同的,极差越大,表示该列因素的数值在试验范围内的变化会导致试验指标在数值上有更大的变化,所以极差最大的那一列就是因素水平对试验结果影响最大的因素,也就是最主要的因素。
在本试验中由于极差Rd>Rc>Rb>Ra即R(CaO)>R(K2O)>R(Na2O)>R(SiO2),所以试验中因素的主次排序为D→C→B→A
在本次实验中,实验指标为弹性模量,要求弹性模量指标越大越好,所以应挑选每个因素的K1,K2,K3中最大的值对应的那个水平,从直观分析表与效应曲线图中我们都可以看出CaO含量为主要因素,
K2O和Na2O含量为次要因素,SiO2含量对结果的印象很小。
对于主要因素,选使指标最好的水平,D选D1,对于次要因素C选C3,B选B3,对于A可以选A1和A2。
综上所述,材料组成的最优条件是A1B3C3D1或者A2B3C3D1。
4、导入数据(origin习题数据.xls)。
用origin软件绘制如下图形。
用copypage命令将图形复制-粘贴到word文档。
用到的相关命令和操作包括:
break,skippoint,fitofline,copypage等。
(20分)
将数据黏贴到origin点击下方的“doubleY”选项制图
得到如下图线
双击右侧坐标轴,弹出对话框选择Break选项卡。
在左侧小窗口选择“Vertical”,然后勾选“showbreak”。
根据数据在“breakregion”里填写“from”值为4.232,“to”为6.23
点击“OK”完成BREAK操作。
由于曲线点十分密集为了方便观察,双击曲线在弹出的窗口中“Droplines”选项卡下改变“skippoint”值上面那条为3下面为2,同时在“line”选项卡下“Symbol/Line
interface”中,勾掉“Gap
toSymbol”选择“DrawLineBehind”
得到图形
点击密度曲线选择“analysis”→“fitting”→“linearfit”→“opendialog···”
使用“copypage”将最后的结果图黏贴到word中
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