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(lǐng)域當中都被認為是有著廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)和性能的探討已經(jīng)是材料學、物理學以及化工等眾多領(lǐng)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(shù)的蓬勃興起與進步，計算機的模擬也已經(jīng)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(shù)將其在納米材料開發(fā)當中的應(yīng)用進行了討論。

關(guān)鍵詞：計算機技術(shù);納米材料;運用研究

前言：

近年來，隨著計算機技術(shù)的不斷興起和發(fā)展，利用計算機技術(shù)來進行模擬已經(jīng)成為了一種有效的研究方法并且已經(jīng)運用在了納米材料的研發(fā)當中，并且在對納米材料的結(jié)構(gòu)、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(shù)進行模擬實際上就是根據(jù)以往的一些研究的經(jīng)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(shù)來運用在納米材料研發(fā)當中已經(jīng)成為了重點關(guān)注的課題。

一、目前利用計算機技術(shù)對納米材料研究現(xiàn)狀

目前，納米材料這門領(lǐng)域的學科已經(jīng)是在當今世界納米技術(shù)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(shè)計與制備以及其他新型納米復(fù)合材料的性能等諸多領(lǐng)域的研究都已經(jīng)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(fā)達國家。國外一些發(fā)達國家對于納米材料的研究，已經(jīng)由從理論知識的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)型到實際應(yīng)用中去。對于現(xiàn)代納米材料這個科學和技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)該要實現(xiàn)一些創(chuàng)新，應(yīng)該更加重視對于納米材料進行模擬實驗，并且還應(yīng)該要做到能夠更加科學地利用計算機的技術(shù)手段來對于納米材料的開發(fā)和生產(chǎn)過程進行仿真，這樣一點話，就能夠分析得到納米材料的結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系，并且對其復(fù)雜性也能夠有一個了解。

二、利用計算機技術(shù)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(jù)納米原子理論進行模擬和分析來設(shè)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(jīng)典動力學或者說也就是統(tǒng)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(jié)構(gòu)進行了研究和分析。利用電腦技術(shù)對納米材料進行研發(fā)能夠轉(zhuǎn)變成傳統(tǒng)定量化研究方法，從而實現(xiàn)對傳統(tǒng)研發(fā)方式的轉(zhuǎn)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(fù)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(jié)構(gòu)和性能。另外，計算機模擬實驗和其他傳統(tǒng)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(shù)來對得到的數(shù)據(jù)進行分析和處理，從而來提高實驗的效率，能夠有效地節(jié)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(tǒng)的模擬實驗更加節(jié)約時間，而且通過計算機技術(shù)來對實驗結(jié)果進行分析和處理能夠預(yù)言新的結(jié)構(gòu)和性能。

三、計算機技術(shù)在納米材料研究當中的應(yīng)用

3.1 納米材料結(jié)構(gòu)研究的應(yīng)用

納米材料的結(jié)構(gòu)是由晶體、非晶體以及準晶體三種不同結(jié)構(gòu)組成的。對納米材料的結(jié)構(gòu)進行分析就是通過來構(gòu)建一些結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)規(guī)律和結(jié)構(gòu)體系，并且能夠給予其一些幾何描述，另外還可以結(jié)合計算機技術(shù)當中的圖形學顯示技術(shù)觀察到納米材料當中的微觀結(jié)構(gòu)。通常情況下，會利用分布函數(shù)理論來對納米材料的結(jié)構(gòu)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(shù)理論的描述才能夠得到更加廣泛的應(yīng)用，而且通常會采用四個參數(shù)鍵來對原子結(jié)構(gòu)的局域圖進行描述。

利用分布函數(shù)理論利用計算機來模擬納米材料當中的徑向分布函數(shù)，可以很清楚地發(fā)現(xiàn)納米晶體和單晶在徑向分布函數(shù)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(jié)構(gòu)就會類似多晶，但是它的分布函數(shù)的幅度會隨著原子的間距單調(diào)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(yīng)用

（1）力學性能的研究

目前，對于納米材料性能的研究已經(jīng)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(shù)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(shù)模擬實驗可以發(fā)現(xiàn)納米材料的力學性能存在有不符合基本的力學規(guī)律的特點。通過研究可以發(fā)現(xiàn)：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(nèi)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(fā)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(wěn)定性等等。目前經(jīng)常會使用到計算機技術(shù)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?qū)⑽矬w內(nèi)部的晶格的震動情況反映出來，通過使用計算機技術(shù)對納米材料進行模擬實驗可以發(fā)現(xiàn)納米材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)較為混亂，跟其它那些常規(guī)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(wěn)態(tài)。如果外部的環(huán)境和條件是合理適宜的話，那么就會向能耗比較少的狀態(tài)進行轉(zhuǎn)化，在這個轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化過程當中，應(yīng)該要特別注意如何使其結(jié)構(gòu)平整。

結(jié)語：

綜上所述，隨著我國的經(jīng)濟水平和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，我國對于納米材料的研究也越來越深入，并且已經(jīng)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(shù)的興起和發(fā)展，并且如果能夠?qū)⒂嬎銠C技術(shù)良好地運用在納米材料的研發(fā)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(fā)的質(zhì)量效果。在使用計算機技術(shù)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(jié)構(gòu)和性能，并且研究其復(fù)雜性。但是由于受到目前技術(shù)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(yīng)該進一步地發(fā)展納米材料的物理模型，尤其是在對納米材料的機構(gòu)進行研究和評析的過程當中，便于對納米材料的結(jié)構(gòu)和性能能夠通過計算機技術(shù)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）