科研:感性的人做的理性的事儿分享 http://blog.sciencenet.cn/u/bumblebee To Share & Enjoy Sciences

博文

材料学研究:累了?那就换一只眼看世界 精选

已有 3471 次阅读 2016-10-7 06:58 |个人分类:Science|系统分类:科研笔记|关键词:腐蚀, 光子晶体,牙齿,高通量,第一性原理

本文不是要否定任何有意义的人工研究,而是用来说明我们有时候可以变换一些思路。

下面的内容可能有的是仿生问题,其实方式和结果,或多或少都可以借鉴到各个材料领域中去。


(1)钢铁腐蚀

今天读到一篇腐蚀领域的文章,大体内容是:

以法国和丹麦两国不同地方出土的铁器文物及其周围土壤为对象,分析一些腐蚀机理。

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010938X16303857

为了提高钢铁和其它合金的腐蚀性能,我们人类进行了超长期和卓绝的努力,每年由于腐蚀,消耗巨额的人力、武力、工业损失、和科研经费。期间,为了巧妙设计研究方案,我们往往要花大量力气在合成材料上。 

腐蚀,实际上,是一个长期和多因素共同参与的过程,虽然科研人员已经设计了很多实验方法,根据短时间的测试结果来研究很好地理解、预测、设计腐蚀性质。从材料制备和系统表征,总是伴随着各种艰难和不确定。其实大自然已经在文物上给我们做了很长时间、很复杂步奏的实验了。用我们现代的各种宏观、微观的实验方法,可能可以帮助我们理解很多平常实验观察不到的过程。


(2)光子晶体

我曾经认识一位朋友,从博物馆弄来一些五彩斑斓的甲壳虫,专门研究其背上的有序的三维纳米结构和光学性质,很有意思的工作。

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201203597/abstract

我想,如果完全通过人工来研究光子晶体,样品的质量和尺寸、材料配方、每个实验操作,等等,都可能存在很多挑战。

尤其是三维光子晶体,其制备的难度不用我说了。

我博士阶段的固体物理研究所,有些所友通过往Al2O3多孔薄膜里填充材料来制备纳米线,也有用来做光子晶体的,他们做得很厉害。不过从Al2O3多孔薄膜的制备(有序的纳米级别的孔)、纳米线材料的填充、到纳米线的提取、表征,各个步骤都是复杂无比(至少对于我这种实验白痴)。

而且越是精巧的材料制备,限制条件往往很多,所以很多时候是需要好的团队和长期积累。这一点上,大家看看福建物构所和北京理化所在非线性光学材料(KBBF)上是如何做到称霸天下的,应该会感触很深。

http://www.nature.com/news/2009/090218/full/457953a.html


(3)牙齿表面的研究

上各月,去听了一个以色列Tel Aviv University的教授(记不清名字了)的报告,专门研究兔子、老鼠的牙齿表面,从而理解不同动物、不同处理下的牙齿表面的牙垢形成情况。和甲壳虫表面很像,非常漂亮的有序的纳米三维网络。人家还给老鼠、兔子刷牙,给它们的牙齿上涂层,让它们快乐健康地生活一段时间后,最后用X-ray, STEM等方法疯狂表征,对结果进行各种对比,非常有意思。

本人心得:

当你发现自己有牙垢很难处理掉,很可能就是这些纳米表层已经破坏了。小孩子身体长得快、又同时长牙的时候,钙的吸收对这些牙齿表面的纳米结构可能会很重要,从而影响牙齿质量。因此,多晒晒太阳或补充Vitamin-D,促进钙的自然吸收。


(4)高通量晶体结构预测

对于我们搞第一性原理的人来说,这个方向目前是比较火的,越来越多的人做。我以前看到一位非常有名的教授做报告,说他们组用密度泛函计算了某物质2~3万个结构,筛选了一些能量比较低的,然后根据力学和振动谱上的稳定性,最终确定了8个结构为possibly accessible,然后文献调研发现其中5个结构实验上一二十年前就得到的,然后剩余3个结构的能量明显比那5个高。

唉,绕了一圈,又回到原点,背后剩下一堆用废的CPU和漫天飘舞的电费账单。

所以,我现在做一些实际问题的研究,首先的目的是把实验上得到的结构和性质完全理解透彻,看看能否解决问题,如果可以,那大可不必去做风险很大的“虚拟实验”。

当然,结构搜索是非常又意思,也及其又意义的研究方向。不过研究人员如果越来越多,貌似没有太大必要,因为很多非常接地气的研究方向目前还是非常缺少优秀的材料计算研究人员的。





http://blog.sciencenet.cn/blog-345795-1007128.html

上一篇:从2016诺贝尔物理奖联想到Berry Phase的几个事儿
下一篇:启发于科研文书:八股文,中华文明的精华?
收藏 分享 举报

13 陈楷翰 徐令予 邱趖 黄仁勇 沈律 石兴强 赵克勤 黄永义 晏成和 强涛 肖瑞春 lianghongze xlianggg

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (6 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2017-12-13 09:40

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007-2017 中国科学报社

返回顶部