ＣＨＥＭＩＣＡＬＡＮＤＭＡＴＥＲＩＡＬＳ
化工与材料
－６一－
ＤＬＡ模型模拟薄膜生长成核阶段的动态过程
胡月?王治丹
作者简介:胡月(１９９３－)?女?安徽蚌埠人?硕士研究生?
(安徽理工大学材料科学与工程学院?安徽淮南２３２００１)
摘一要:为深入了解薄膜生长的机理?采用有限扩散凝聚(ＤＬＡ)模型?用Ｍａｔｌａｂ模拟出了薄膜生长成核阶段的动态过程?结果以动画形式显示出了薄膜生长的成核阶段微粒先进行随机行走?当其与已成核的团簇相遇时?便加入凝聚团簇?呈现出成核团簇逐渐成长的动态过程?
关键词:ＤＬＡ模型?薄膜生长?动态过程
中图分类号:ＴＰ３９１一一一一一文献标志码:Ａ一一一一一文章编号:１６７１－１６０２(２０１９)０２－０００６－０１
一一１一引言
ＤＬＡ模型理论[１]自提出以来就受到很多学者的高度重视?不同
学科的学者们利用它来解释各自学科中的许多现象[２－４]?尤其在材
料科学中的运用更加广泛?高睿二谢淑云二陶继东[５]利用ＤＬＡ模型
理论模拟薄膜生长的过程?因为薄膜生长的过程是复杂的冗长的?
所以跟踪薄膜的生长过程是一项艰巨的任务?但是?几十年来?已
有很多国内外著名学者深入研究薄膜的生长过程[６－１０]?
模拟薄膜的动态生长过程能够从直观角度理解实验结果二观察
实验现象?能够解释外界环境因素对实验的影响?并且能够调控外
界因素来取得理想的实验结果?所以?本文利用ＤＬＡ模型?增加微
粒随机行走过程?模拟薄膜生长成核阶段的动态过程?
２一ＤＬＡ模型模拟薄膜生长的动态过程
图１一ＤＬＡ模型模拟薄膜生长动态过程的截图
图１为ＤＬＡ模型模拟薄膜生长动态过程的截图?首先同时出现
已由一定微粒数目微粒凝聚成的红色微粒集团和一随机行走的蓝色
微粒?当蓝色微粒与红色集团的相遇时?蓝色微粒就与红色微粒集
团聚集在一起?并且微粒颜色由蓝色变成红色?然后出现第二个蓝
色微粒?该蓝色微粒仍随机行走?当该蓝色微粒与已凝聚的红色凝
结核相遇时?蓝色微粒便会与两红色微粒凝聚在一起?并且变成红
色微粒?然后出现第三个二第四个二第五个 第ｎ个微粒重复上诉
过程?随着蓝色微粒数的增多?红色微粒集团在逐渐变大?并逐渐
变成类似于分枝形状的图形
?
图２一ＤＬＡ模型模拟薄膜生长结束时的截图
一一图２为ＤＬＡ模型模拟薄膜生长结束时的截图?从图２可以看到
薄膜朝着不同的方向生长?生长方向随机?其形状类似于分叉
形状?
３一小结
随着计算机技术的发展?越来越来的研究者通过计算机来模拟
薄膜生长的过程?因为模拟薄膜的动态生长过程能够从直观角度理
解实验现象?能够解释外界环境因素对实验的影响?并且能够调控
外界因素取得理想的实验结果?为深入了解薄膜生长的具体机理?
采用有限扩散凝聚(ＤＬＡ)模型?用Ｍａｔｌａｂ模拟出了薄膜生长成核
阶段的动态过程?结果以动画形式显示出了薄膜生长的成核阶段微
粒先进行随机行走?当其与已成核的团簇相遇时?便加入凝聚团
簇?呈现出成核团簇逐渐成长的过程?
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BIM模型都可以做哪些模拟与分析 导读 之前小编看到过一遍潘石屹先生以SOHO实例讲解的BIM的四个层面问题及BIM的价值体现，那么BIM模型可以做哪些模拟和分析呢?BIM 在建筑行业中起到了哪些作用?BIM的长处可以在工程还没实际进行前，透过拟真的事前分析与模拟，来协助各项决策及运筹帷幄，则能够降低甚至避免工程中可能发生的误解、冲突、错误、浪费与风险等。环境影响模拟 此部分的模拟工具通常需要LOD 200的BIM几何模型，而目标建筑物周遭环境之建筑物则可用LOD 200的BIM几何模型或只需LOD100之量体模型即可，再搭配数字地形图与地图，来进行一年四季的日照与建筑物阴影相互影响等之分析，甚至再搭配能进行流体动力分析之工具来进行建筑物周围风场之模拟。 2节能减碳设计分析 此部分之应用工具随着近年来对节能减碳的要求，及绿建筑规范之发展而越来越受到重视，工具软件的功能也越来越细致。通常这类工具必须要能让用户输入气象单位提供的当地全年气候数据，然后根据对日照热辐射及室内采光、通风与空调之模拟，来考虑符合人体舒适度及室内照明需求的节能减碳设计，例如外壳隔热、遮阳、自然通风等，减少照明及空调之使用，达到节能减碳目的。在室内通风与热流之分析中，通常需要LOD 200甚或LOD 300之BIM模型。开口、玻
璃、隔间等与其材质、透光度、导热性等信息，也牵涉到照度模拟、流体动力计算与热传导分析，详细的分析多需要大量之计算，而目前大部分的应用工具多采用较简易快速的分析方法，毕竟在初步设计规划阶段，只要能满足设计方案的比较与节能减碳效益粗估上的精确度要求即可。 此类分析模拟工具的发展空间还很大，一方面是在分析的精确度与可视化呈现及模拟效能的提升方面，另一方面则是现代建筑与设施日渐智能化，利用许多自动的感测装置及半自动或自动的控制装置来达成节能减碳目标，但如何将这些控制机构及情境(例如，随室内温度变化与需求而自动开关的窗户)纳入分析模拟当中，则仍是需要继续努力的研究与应用议题。 3音场模拟 此部分的应用多是在设计对声音的质量要求较高的场所时，例如，音乐厅、剧场、电影院等，也可能是需要对音响或噪音的影响进行评估时，例如户外表演场所、机场、火车、高速道路等对周遭环境之影响。通常需要LOD 200甚或LOD 300的BIM模型。把隔间、室内装修及主要摆设等之几何与其材质吸音能力等信息，再配合专业软件来完成分析。 4结构分析 此部分的分析工具已发展多年且也相当成熟，只是过去通常都是由结构工程师根据2D建筑图说自行建构分析所需之三维模型，现在则可以由LOD 300的BIM模型中自动导出所需之几何及材料属性信息，
基于BIM模型制作施工模拟及演示动画的总结 李博关锦鹏 一、BIM模型介绍 公司拟定于2014年12月25日进行吕梁新城供水一期工程项目的投标，为在投标中展示公司技术实力与施工水平，投标前公司领导决定为该项目制作施工模拟及效果演示动画。 该项目模型由Revit软件制作，建模工作早于2014年9月份开始并于2014年11月中旬完成，模型包含净水厂的工艺管道系统、热力系统、排污系统、雨排水系统、自用水系统以及各车间互联管道等，此外还根据土建图纸制作了各车间的简化模型并标示名称。 二、动画制作过程 演示动画使用NavisWorks软件制作，于2012年12月15日开始12月21日结束，历时一周。动画内容包括整体鸟瞰和主工艺管道漫游、各管道系统展示、模拟施工演示、设计问题检查等内容。具体制作过程如下： 1、对模型中的管道系统及建筑物建立多个选择集，以便渲染及模拟施工时能够快速准确选择对象。 2、选择背景颜色并使用Autodesk Rendering为各个选择集中的对象染色，染色完成后对各对象颜色进行调整。 3、使用保存视点功能制作漫游动画并导出。 4、使用TimeLiner功能制作模拟施工演示动画并导出。
5、通过隐藏与显示使不同系统单独显示并截图保存。 6、使用Revit软件对模型显示的设计问题进行截图，修改问题后再次截图。 7、使用PPT制作图片的演示文稿以及各段视频间的衔接字母的演示文稿并导出动画。 8、使用视频合成软件将上述素材合成为一个视频，加背景音乐，加水印。 三、动画制作经验总结 1、在NavisWorks中建立选择集通常是通过从选择树中选取进行的。选择树中的根目录为Revit文件名称，二级目录为图层名称也即Revit文件中的标高名称。换言之，Revit建模过程中，在某个标高上建立的模型转化到NavisWorks中就必然出现在该标高名称的图层(即选择树根目录)中。NavisWorks图层中的项目名称与Revit建模时对项目的命名名称一致，而选择树则会将同一名称的对象和同一类型的对象归类。根据上述规律，我们在建模时如果将同系统管道与管件命名成相同名称或在指定的标高下建模，在NavisWorks的选择树中则极易选取。如图：
数学模型与计算机模拟 教案改革材料
数学模型与计算机模拟课程是以解决某个现实问题为目的，经过分析、简化，将问题的内在规律用数字、图表，或者公式、符号表示出来，即经过抽象、归纳把事物的本质关系和本质结构用数学语言来描述，建立正确的数学结构，并用科学的方法，通过编写程序求解问题，得出供人们作分析、预报、决策或者控制的定量结果。本课程的学习应注重学生的能力培养。具体包括以下六个方面： 一、掌握与信息技术相关的自然科学和数学知识，并有创造性地将这些知识应用于信息系统构建和应用的潜力； 二、为解决个人或组织机构所面临的问题，能系统地分析、确定和阐明用户的需求； 三、能设计高效实用的信息技术解决方案； 四、能深刻理解成功的经验和标准，并能运用； 五、具有独立思考和解决问题的能力； 六、具有团队协作能力和论文写作能力。 以上六个方面的要求与教育部高等学校计算机科学与技术教案指导委员会制定的《高等学校计算机科学与技术发展战略研究报告暨专业规范（试行）》中计算机科学与技术专业（信息技术方向）人才培养要求和《信息工程学院发展战略纲要》中提出的坚持“知识、能力、素质协调发展，侧重于应用能力和自学能力的培养”的办学方略相统一。基于此，信息工程学院对《数学模型与计算机模拟》课程的教案做了改革。 一、教案内容上把传统教案的“广”，改为以运筹模型为主的“精”。经过分析讨论，将线性规划模型、整数规划模型、网络模型、对策模型和
决策模型等运筹模型定为《数学模型与计算机模拟》课程的主要内容，并增加各模型的算法分析与编程实践。 二、教案方式方法上由以往的讲授为主，改为以学生为主的独立思考、分组讨论，从探究实践中归纳抽象理论的教案方法。在教案中教师选定典型问题，引导学时讨论，课后查阅相关资料。学生根据自己理解分析问题，即分析问题的常量和变量的关系，把问题本身存在的逻辑关系找出来，得出问题的数学结构，写出数学模型，寻找适合的解法，并把算法的每一步翻译成高级语言（如语言，等），根据解决问题的需要增加必要的存储变量实现算法，编写完整程序求解问题。解决问题后再分析算法的理论依据（正确性分析），并学习和借鉴已有经验。整个教案过程主要分六步：一是提出问题；二是讨论分析问题；三是建立数学模型；四是求解模型；五是编写程序验证模型；六是归纳总结；（具体过程见模型解法）。 三、增加实验实践环节，提高应用能力。本课程开设实验课，编写了实验大纲和综合实验题目，并给出了参考程序。另外，每年组织学生参加学院及全国大学生数学建模竞赛，培养学生的协作能力和应用写作能力。 四、本课程考核以建模和编写程序、上机考试结合，注重能力考查。 附：部分教案讲义和优秀作业、论文、参考程序：
三维人体动态计算机模拟及仿真系统 (一) LifeMOD生物力学数字仿真软件 1. 简介 LifeMOD 生物力学数字仿真软件是在 MSC.ADAMS 基础上,进行二次开发，用以研究人体生物力学特征的数字仿真软件，是当今最先进、最完整的人体仿真软件。LifeMOD 生物力学数字仿真软件可用于建立任何生物系统的生物力学模型。这种仿真技术可使研究人员建立各种各样的人体生物力学模型，模拟和仿真人体的运动，并深入地了解人体动作背后的力学特性以及动作技能控制规律。鉴于LifeMOD 生物力学数字仿真软件的强大功能，它成功地应用于生物力学、工程学、康复医学等多个领域。 2. 厂商 美国BRG(Biomechanics Research Group)公司具有超过20年的与世界顶级研究机构和商业机构的成功合作历史，包括体育器材生产商、整形外科、人体损伤研究机构、高校和研究院所、政府机构、医疗器械生产商以及空间技术研究机构，在生物力学、工程学、康复医学等许多行业中有卓越的名誉。 3. 型号 LifeMOD 2008.0.0 4. 功能 LifeMOD 生物力学数字仿真软件的功能强大、先进而且普遍适用。 LifeMOD 生物力学数字仿真软件可用于建立任何生物系统的生物力学模型。这种仿真技术可使研究人员建立各种各样的人体生物力学模型；这些模型既能够再现现实的人体运动，也能够按照研究者的意愿预测非现实的人体运动；通过人体动作的模拟和仿真，计算出人体在运动过程中的运动学和动力学数据，从而使研究者能够深入地了解人体动作背后的力学特性以及动作技能控制规律。 在体育领域，利用LifeMOD的个性化建模和强大的计算能力，不但可以将运动员的比赛和训练情况进行再现并分析运动学、动力学特征，而且能够根据运动员各自的生理特征来进行不同情况的仿真，进行优化分析，进而达到优化运动员技术的目的，从而指导和帮助运动训练。 5. 软件特性 LifeMOD 生物力学数字仿真软件是创建成熟、可信的人体模型的工具。它具有以下特性： ● 快速生成人体模型。能在不到一分钟的时间里完成人体模型的创建。● 完整的骨骼/皮肤/肌肉模型。具有骨骼、皮肤、肌肉的人体模型与受试 对象是成比例的。 ● 可根据研究需要，建立不同精度的人体模型。（简单的是19环节18关
发动机的燃烧模型和数值模拟近年来,在国外,尤其是美国,相继开展了微动力机电系统(Power MEMS) 和微型发动机(Micro2engine) 的研究工作[1～3 ] . 微型发动机,如微型涡轮机,微转子发动机,微火箭发动机等是微动力机电系统的核心装置,其共同特征是利用碳氢燃料,在一个微型的燃烧器中 燃烧放热. 使用碳氢燃料的微型发动机即使在热效率很低的情况下 也具有比现有的电池高出比较高的能量密度. 从动力机械发展的历 史进程看,每当能源装置的能量密度产生一个飞跃,都会给社会的发 展和经济带来深远的变革. 18 世纪的蒸汽发动机,以01005W/ g 的能量密度为标志,引发了当时的工业革命. 从19 世纪到20 世纪中叶, 内燃机的发展使能量密度达到了0105 ～110 W/ g , 从而使整个交通运输 发生了巨变. 20 世纪发明的航空航天发动机使能量密度进一步上升到10 W/ g. 喷气式飞机大大地缩短了整个世界的距离. 微动力装置的能量密度将冲破100 W/ g的大关. 可以说,它是动力机械发展的第四个里程碑,给现代社会带来的影响 将是重大而深远的. 微型发动机的研究尚处于起步阶段,微型发动机热力循环的选择、燃烧系统的研究尚处于探索之中. 当前微型发动机的几个主要发展 方向有微型涡轮机、三角转子发动机和采用新材料直接将热能转化为电能的发动机. 本文对微型发动机中的燃烧进行了模拟计算, 图1 为MIT 研究开发的微型涡轮机的结构示意.
图1 1 —火焰稳定器; 2 —扩散叶片; 3 —转子叶片; 4 —进气口; 5 —启动器; 6 —燃料喷孔; 7 —燃料汇流腔; 8 —燃烧室;9 —排气口;10 —转子中心线; 11 —涡轮转子叶片; 12 —涡轮导向叶片 该发动机主要由压缩器、燃烧室、涡轮和启动电动机/ 发电机组成. 由于以光刻技术为基础的微加工方法更适合于二维或准二维结构的几何形状,同时从减少传热损失的考虑出发,本文选择了环形燃烧(图2) 作为模拟计算的对象. 环形燃烧室如图 图2
摘要：经过半个多世纪的发展，仿真技术已经成为对人类社会发展进步具有重要影响的一门综合性学科。本文对建模与仿真技术发展趋势作了比较全面的分析。仿真建模方法更加丰富，更加需要仿真建模具有互操作性和可重用性，仿真建模与可信度评估成为仿真建模发展的重要支柱；仿真体系结构逐渐形成标准，仿真系统层次化、网络化已成为现实，仿真网格将是下一个重要发展方向；仿真应用领域更加丰富，向复杂系统领域发展，并将更将贴近人们的生活。 经过半个多世纪的发展，仿真技术已经成为人类社会发展进步具有重要影响的一门综合性学科。仿真技术的领域不在局限于某些尖端学科技术研究领域，而成为一项被众多学科领域广泛采用的通用型技术。半个世纪以来，仿真救赎一方面始终是建模技术、计算技术和其他信息技术最先的应用者，另一方面是对计算技术和网络技术等的发展不断提出新的挑战。 在我国建模与仿真方法是随着应用需求的发展不断的进步，近十年来仿真技术发展是沿着以应用需求牵引建模与仿真系统开发、以建模与仿真系统带动建模与仿真技术突破、以建模与仿真技术促进建模与仿真系统发展、将建模与仿真系统又服务于应用良性循环的道路向前发展。 仿真技术研究人员一方面不断地扩展仿真应用领域，另一方面，其他领域研究的丰富成果与不断促使仿真技术人员从新的角度、新的高度、新的广度认识建模与仿真。在近半个世纪的积累和近十年的快速发展的基础上，建模与仿真技术已经成为以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统、与应用相关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型对已有的或设想的系统进行研究、分析、实验与运行的一门综合性技术。 仿真建模的发展 仿真是基于建模的活动，模型建立、实现、验证、应用是仿真过程不变的主题。随着时代的发展，仿真模型包含的内容大大扩展，建模方法日益多样，模型交互性和重要性变的越来越重要，模型的校核与验证的成功为仿真中必要步骤。 -----------------------------------系统仿真学报杨明张冰王子才哈尔滨工业大学，哈尔滨150001 基本概念 系统：按照某些规律结合起来，互相作用、互相依存的所有实体的集合或总和。模型：从特定应用角度，表达对象系统特征与特性的形式。仿真：用物理模型或数学模型代替实际系统进行实验和研究。 对象系统：仿真、分析与研究的对象。仿真系统：实施仿真的系统。 仿真分类：
数学建模模拟试题及答案 一、填空题（每题5分，共20分） 1. 若,, x z z y ∝∝则y 与x 的函数关系是. 2. 在超级市场的收银台有两条队伍可选择，队1有1m 个顾客，每人都买了1n 件商品，队2有2m 个顾客，每人都买了2n 件商品，假设每个人付款需p 秒，而扫描每件商品需t 秒，则加入较快队1的条件是 . 3. 马尔萨斯与罗捷斯蒂克两个人口增长模型的主要区别是假设了 4. 在研究猪的身长与体重关系时，我们通过与已知其相关性质的的弹性梁作 的方法建立了模型. 二、分析判断题（每小题15分，满分30分） 1. 要为一所大学编制全校性选修课程表，有哪些因素应予以考虑？试至少列出5种. 2. 一起交通事故发生3个小时后，警方测得司机血液中酒精的含量是 ),m l /m g (100/56 又过两个小时，含量降为),m l /m g (100/40试判断，当事故发生时，司 机是否违反了酒精含量的规定（不超过80/100)m l /m g (. （提示：不妨设开始时刻为)(,0t C t =表示t 时刻血液中酒精的浓度，则依平衡原理，在时间间隔],[t t t ?+内酒精浓度的改变量为 t t kC t C t t C ??=??+)()()( 其中0>k 为比例常数，负号则表示了浓度随时间的推移是递减的.） 三、计算题（每题25分，满分50分） 1. 一个毛纺厂使用羊毛、兔毛和某种纤维生产甲、乙两种混纺毛料，生产一个单位产品甲需要的三种原料依次为3、2、8个单位，产值为580元；生产一个单位产品乙需要的三种原料依次为2、3、5个单位，产值为680元，三种原料在计划期内的供给量依次为90、30和80单位.试建立线性规划模型以求一个生产方案，使得总产值达到最大，并由此回答： （1） 最优生产方案是否具有可选择余地？若有请至少给出两个，否则说明理由. （2） 原材料的利用情况.
农作物空间格局动态变化模拟模型(CROPS)构建 夏天1,2, 吴文斌1,2,*, 余强毅1,2, 杨鹏1,2, 周清波1,2, 唐华俊1,2（1.农业部农业信息技术重点实验室，北京100081；2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京100081） 摘要：农作物空间格局指特定区域内农作物种植结构、空间分布等信息，是农业土地系统的核心内容之一，也是农业结构调整的重要依据。随着空间模拟技术的发展，农业土地系统的时空动态表达成为可能，但传统模型方法更多关注土地利用类型的转化，而忽视耕地内部农作物格局时空特征的表达。本研究基于CLUE-S土地利用变化模拟模型，进行了概念模型设计、框架和模块重建、参数本底化和校正，研究并提出一个适用于我国农作物空间格局动态变化模拟模型（CROPS，Crop Pattern Simulator）的可行架构，使其能够实现区域尺度土地利用变化与农作物空间格局变化的双层动态模拟。CROPS模型采用了两层次嵌套模拟的模型结构，第一个层次实现对耕地空间格局动态变化过程和状态的表达，第二层次基于第一层次的模拟输出的耕地空间格局，实现耕地内部的农作物空间格局动态变化的有效模拟。CROPS模型主要包括非空间和空间两个大模块，空间模块又包括空间模块I和空间模块II。CROPS模型在东北三省进行了区域应用，结果表明，模型总体模拟效果较好，能够科学合理的表达耕地空间格局和农作物空间格局的动态变化过程。 关键词：农作物空间格局；动态变化；CROPS模型 0引言 农作物空间格局特指一个区域内农作物种植结构、分布、熟制和种植方式等信息[1]，是农业土地系统的核心内容之一。一方面，农作物空间格局能够反映蕴藏于农业土地系统内部的诸多服务功能，如粮食安全、农田碳库、生物质能源生产等；另一方面，其反映了空间范围内人类利用农业生产资源的状况，是农作物结构调整和优化的重要依据[2-4]。因此，开展农作物空间格局变化过程及特征研究具有较高的实用价值和重要的科学意义。 近年来，国内外很多学者针对农作物格局及其变化进行了相关研究[5]。统计调查方法是较早且较为常用的方法之一，即以一定的行政区为基本单元进行农作物面积统计分析[6, 7]，但这种方法往往忽略了分析单元内部的空间异质性，而且主观性较强。随着遥感、地理信息系统等空间信息技术的发展，农作物格局的空间显性表达(Spatially-explicit representation)逐步成为可能。如[8]利用MODIS遥感数据提取了区域农作物种植结构；[9]同样利用MODIS 数据，实现了我国南方15省(市、自治区)各类水稻(早稻、晚稻和单季稻)种植面积的快速识别；Gao利用航片和遥感影像(TM/ETM+)分析了中国黑龙江省1958，1980，2000三个时间段水稻空间格局变化情况[10]。Montero利用GIS技术构建了藤类植物生长分布模型[11][12]模拟展示了新疆棉花种植面积时空格局演变特征，并揭示当地棉花种植业发展的主要驱动力；吴文斌利建立了农作物播种面积变化模拟系统，分析研究了2005-2035年间世界主要农作物(水稻、玉米、小麦和大豆)播种面积变化的数量特征和空间格局[13]。自1997年至今，美国农业部国家农业统计中心（USDA-NASS，National Agricultural Statistics Service of the US Department of Agriculture）不惜花费大量人力物力，将多源中高分辨率遥感影像与统计调查数据相结合，制作了每年一期的耕地内部作物分布图（CDL，Cropland data layers），供后续研究使用[14]。 不难发现，遥感技术是提取农作物空间分布信息的有效方法，但其相对成本较高，不利于获取大区域、长时间序列的农作物空间格局及其动态变化特征。而空间模拟技术作为遥感 夏天为博士后吴文斌为副研究员余强毅为助理研究员杨鹏为研究员周清波为研究员唐华俊为研究员 通讯作者：吴文斌Email：wuwenbin@https://www.doczj.com/doc/988468398.html, 基金项目：国家自然科学基金项目（40930101，40971218，41271112），国家重点基础研究发展计划项目（“973”计划）（2010CB951504）
薄膜成長原理 薄膜之所以能夠沉積於基板上，主要是由於基板表面上的許多氣體分子或其他粒子，如原子團和離子等。薄膜沈積是經一連串原子吸附、擴散、成核、晶粒成長、晶粒聚結，而逐漸形成薄膜，其詳細敘述如下，如圖2-6所示[43]： (a) 成核(Necleation)： 基材表面消耗了原子動能，使原子停留在基材表面，稱為物理吸附；若吸附原子與其他吸附原子有交互作用，將多餘的凝結能放出，形成一穩定之核團，此現象為化學吸附。相同的原子能吸附也能脫附，若吸附大於脫附，則薄膜成長得以進行。 (b) 晶粒成長(Grain Growth)： 當薄膜的沉積進入個別晶粒成長後，晶粒成長所需要的原子，不再侷限由吸附取得，而是可以直接從氣相中獲得原子來源，並成長成較大之晶粒。 (c) 晶粒聚結(Coalescence)： 當原本各別且獨立的晶粒，成長到與鄰近之晶粒接觸時，便開始了聚結，由於與鄰近的晶粒互相接觸，開始了晶粒間的交互擴散作用，為了減少彼此間之表面能差異，在彼此接觸的部份會先形成頸部，兩晶粒藉此頸部，交互擴散，調整表面能並合而唯一，形成比原
來大之晶粒。 (d) 縫道填補(Filling of Channels)： 縫道的形成，基本上就是晶粒聚結成長後，在晶粒與晶粒間所留下的距離，基本上就是基材表面未被原子所覆蓋的地方，當這些縫道逐漸被填滿後，在基板表面便出現了薄膜的雛形。 (e)膜成長(Film Growth)： 在縫道填補之後的薄膜，繼續堆積原子，持續增加膜厚度，此時薄膜的成長，便不再只是像之前的成長機制，吸附原子可直接進行化學性吸附，增快成長速率。 圖2-6薄膜成長機制示意圖[43]。
图片简介: 本技术提供了一种事件预测及因子识别动态模拟模型建模方法及系统，包括：步骤S1：确立需要监测和评估的事件属性，以及相应的指标算式；步骤S2：建立动态数字模拟流程图；步骤S3：建立批次数据；步骤S4：形成配置文件；步骤S5：将数据和配置文件导入算法平台，进行运算，并生成结果；步骤S6：模型应用。本技术的事件预测及因子识别动态模拟模型通过其独有的建模设计和算法，解决了对产品制造业的离散型随机序列数据进行分析和建模的疑难问题，从而是对建模方法的基础性创新，将在产品制造业获得广泛的应用。 技术要求 1.一种事件预测及因子识别动态模拟模型建模方法，其特征在于，包括： 步骤S1：确立需要监测和评估的事件属性，以及相应的指标算式； 步骤S2：建立动态数字模拟流程图； 步骤S3：建立批次数据； 步骤S4：形成配置文件； 步骤S5：将批次数据和配置文件导入算法平台，进行运算，并生成模拟模型； 步骤S6：应用生成的模拟模型。 2.根据权利要求1所述的事件预测及因子识别动态模拟模型建模方法，其特征在于，所述步骤S1包括：步骤S101：确立监测、预测和进行因子分析所针对的事件：
步骤S102：确立目标指标的计算公式； 所述监测、预测和进行因子分析所针对的事件包括： 质检机质检过程中次品的出现； 所述质检机质检包括：生产线上质检和生产线下批检； 所述生产线上质检：工件按照在生产中被完成的时间顺序进入质检机；质检机被用来实时识别质差产品、质差类别，并对质差产品的数目以及良品的数目进行实时计数；最终的总产出数目＝良品数目+次品数目； 所述生产线下批检：成批的已完成工件依次进入质检机，排序与生产顺序无关，并为非实时；工件进入质检机后，质检机被用来实时识别质差产品、质差类别，并对质差产品的数目以及良品的数目进行实时计数；最终的总产出数目＝良品数目+次品数目； 所述目标指标的计算公式包括针对次品率的指标和算式： 总体次品率＝次品数目/总产出数目； 分类次品率＝分类次品数目/总产出数目。 3.根据权利要求1所述的事件预测及因子识别动态模拟模型建模方法，其特征在于，所述步骤S2包括： 步骤S201：建立动态模拟流程图： 步骤S202：建立特征分类格栅； 所述步骤S201： 以流程图的方式展示需要进行建模的指标以及数量或规模变量； 所述指标是比率，包括：次品率； 所述变量包括：次品数目，良品数目。 步骤S202： 格栅中对分类维度的选择有两个依据，包括：业务决策的需要、数据中可能对目标指标产生影响的其他变量； 所述其他变量包括：产品种类、生产线、班组、工艺、材料、添加剂、公差以及生产环境变量。 4.根据权利要求1所述的事件预测及因子识别动态模拟模型建模方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
Ising 模型matlab程序clc;clear all; %H=10, 14, 20, 26, 40 and 80 H=100; L=300; %T=2/(log(1+sqrt(2))); %温度 k=1.3806488*10^(-23);
%k=1; T=2/(log(1+sqrt(2))); %温度 s=round(rand(H,L))*2-1;%-1和1矩阵 t=1;%模拟次数320000 colormap([1 1 1;0 0 0]);%用于控制曲面图的颜色 h1=imagesc(s);%imagesc(A)将矩阵A中的元素数值按大小转化为不同颜色，并在坐标轴对应位置处以这种颜色染色。 %imagesc(x,y,A) x, y分别为二维向量，Matlab会在[x1,x2]*[y1,y2]范围内染色。 axis equal; axis off; set(gcf,'color',[.5 .5 .5]);%gcf为当前Figure 对象的句柄,设置颜色为灰色,即背景的颜色 % up=round(rand(1,L))*2-1; % down=[ones(1,floor(L/2)).*(-1),ones(1,L-floor(L/2))]; % zuo=ones(H,1)*(-1); % you=ones(H,1); up=ones(1,L)*(-1); down=ones(1,L)*(-1); zuo=ones(H,1)*(-1); you=ones(H,1)*(-1); %while(t<=1000/3*H*L) %总模拟次数
while(t<=3200000) %总模拟次数 t=t+1; i=floor(rand*H)+1;%产生均匀分布的伪随机整数的新函数j=floor(rand*L)+1;%产生均匀分布的伪随机整数的新函数if i==1 top=up(1,j);%取up中上面的值 else top=s(i-1,j);%取s中i-1行j列的值 end if i==H bottom=down(1,j); else bottom=s(i+1,j); end if j==1 left=zuo(i,1); else left=s(i,j-1); end if j==L right=you(i,1); else
试题A 卷试题 答案 一、填空题 在离子镀膜成膜过程中，同时存在沉积和溅射作用，只有当前者超过后者时，才能发生薄膜的沉积 薄膜的形成过程一般分为：凝结过程、核形成与生长过程、岛形成与结合生长过程 薄膜形成与生长的三种模式：层状生长，岛状生长，层状-岛状生长 在气体成分和电极材料一定条件下，起辉电压V 只与 气体的压强P 和 电极距离 的乘积有关。 二、解释下列概念 1、气体分子的平均自由程 每个分子在连续两次碰撞之间的路程称为自由程，其统计平均值： 称为平均自由程， 2、饱和蒸气压：在一定温度下，真空室内蒸发物质与固体或液体平衡过程中所表现出的压力。 3、凝结系数： 当蒸发的气相原子入射到基体表面上，除了被弹性反射和吸附后再蒸发的原子之外，完全被基体表面所凝结的气相原子数与入射到基体表面上总气相原子数之比。 4、物理气相沉积法：物理气相沉积法 (Physical vapor deposition)是利用某种物理过程，如物质的蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现物质原子从源物质到薄膜的可控转移的过程 5、溅射：溅射是指荷能粒子轰击固体表面 (靶)，使固体原子(或分子)从表面射出的现象 三、回答下列问题 1、真空的概念？怎样表示真空程度，为什么说真空是薄膜制备的基础？ 在给定的空间内，气体的压强低于一个大气压的状态，称为真空 真空度 、压强、气体分子密度：单位体积中气体分子数；气体分子的平均自由程；形成一个分子层所需的时间等 物理气相沉积法中的真空蒸发、溅射镀膜和离子镀等是基本的薄膜制备技术。它们均要求沉积薄膜的空间有一定的真空度。 2、讨论工作气体压力对溅射镀膜过程的影响？ 在相对较低的压力下，电子的平均自由程较长，电子在阳极上消耗的几率增大，通过碰撞过程引起气体分子电离的几率较低。同时，离子在阴极上溅射的同时发射出二次电子的几率又由于气压较低而相对较小。这些均导致低压条件下溅射的速率很低。 在相对较低的压力下，入射到衬底表面的原子没有经过很多次碰撞，因而其能量较高，这有利于提供沉积时原子的扩散能力，提供沉积组织的致密性 在相对较高的压力下，溅射出来的靶材原子甚至会被散射回靶材表面沉降下来，因而沉积到衬底的几率反而下降 在相对较高的压力下，使得入射原子的能量降低，这不利于薄膜组织的致密化 溅射法镀膜的沉积速率将会随着气压的变化出现一个极大值 n 221πσλ=
稳态模拟和动态模拟 可能大家用的最多的就是稳态流程模拟，很少有人用多动态流程模拟，首先从算法上来说动态流程模拟比稳态流程模拟难多了，不论是应用序贯模块法还是联立方程法，都需要解大量的偏微分方程组（对时间的偏导数）。 关于算法就不多说了，相信大家一般都是用来模拟，而不是研究编写这些软件的，如果有兴趣可以私下和我交流。 稳态和动态在变量的给定上面是不同，因为稳态没有时间变量，所以稳态模拟的specifications和动态不同，比如说一个容器，稳态的话给流量和压力就可以了，但是动态这些都是变量，都不是设定值，所以需要给出的设备尺寸，比如容器体积，持液量等。还有像边界物流的P/F specifications就可以只确定压力，因为F=f（p）。 下面简单说一下动态模拟的一些设定 Boundary Streams——所有边界物流都需要插入valve 压力specifications——所有边界物流P都是设定值 Valves——需要设定p/f relationship K value——换热器需要设定k值 Pressure gradients——保持合适的压力梯度，可能好多人用valves的时候都输入过deltaP，压力梯度是流体在管路里面流动的推动力，所以也可以说F=f（deltaP） Tray Sizing——精馏塔需要给出几何尺寸 hold-ups——在给出容器尺寸的时候需要注意容器的持液量，以此来给出合适的size 最后要注意在动态运行过程中是不能修改这些specifications的，只有在stop之后才可以更改 还有就是其实软件内部是在解大量的方程组，所以要主要自变量的个数，也就是DOF自由度问题，否则是不可能解出结果的。所以说自由度分析问题也是在流程模拟中至关重要的。稳态模拟作用就不多说了大家一般常用 动态模拟，可以用来ots，也就是操作员培训，逻辑控制联锁设定，开停车工况模拟，and so on 也可以说成稳态是某一时刻，动态是这些时刻的串联 Hysys稳态和动态的区别 区别： 1，稳态模型所描述的单元与时间无关，只解决物料平衡，能量平衡和相平衡。进出单元的物料必须相等。动态模拟引入时间变量，除了解决稳态模型要解决的上述3大平衡的同时，还要解决压力，温度，液位，各相浓度随时间的变化。因此稳态模拟是3大平衡的代数方程描述。动态模拟是系统压力，温度，液位，各相浓度随时间的变化微分方程描述。目前所有动态模拟软件对于单元操作一般采用常微分方程进行描述，只有管道是采用偏微分（Hysys 中的PipeSegment）.比如分离器动态模型，我们假设在分离器内部浓度为均匀分布，这便是常微分方程，若在分离器内部某物质浓度分布不均匀，你必须采用偏微分方程来进行描述。 2，序贯模块技术和联立方程技术都是求解稳态模型的基本方法 学习动态模拟的关键点：
ＣＨＥＭＩＣＡＬＡＮＤＭＡＴＥＲＩＡＬＳ 化工与材料 －６一－ ＤＬＡ模型模拟薄膜生长成核阶段的动态过程 胡月?王治丹 作者简介:胡月(１９９３－)?女?安徽蚌埠人?硕士研究生? (安徽理工大学材料科学与工程学院?安徽淮南２３２００１) 摘一要:为深入了解薄膜生长的机理?采用有限扩散凝聚(ＤＬＡ)模型?用Ｍａｔｌａｂ模拟出了薄膜生长成核阶段的动态过程?结果以动画形式显示出了薄膜生长的成核阶段微粒先进行随机行走?当其与已成核的团簇相遇时?便加入凝聚团簇?呈现出成核团簇逐渐成长的动态过程? 关键词:ＤＬＡ模型?薄膜生长?动态过程 中图分类号:ＴＰ３９１一一一一一文献标志码:Ａ一一一一一文章编号:１６７１－１６０２(２０１９)０２－０００６－０１ 一一１一引言 ＤＬＡ模型理论[１]自提出以来就受到很多学者的高度重视?不同 学科的学者们利用它来解释各自学科中的许多现象[２－４]?尤其在材 料科学中的运用更加广泛?高睿二谢淑云二陶继东[５]利用ＤＬＡ模型 理论模拟薄膜生长的过程?因为薄膜生长的过程是复杂的冗长的? 所以跟踪薄膜的生长过程是一项艰巨的任务?但是?几十年来?已 有很多国内外著名学者深入研究薄膜的生长过程[６－１０]? 模拟薄膜的动态生长过程能够从直观角度理解实验结果二观察 实验现象?能够解释外界环境因素对实验的影响?并且能够调控外 界因素来取得理想的实验结果?所以?本文利用ＤＬＡ模型?增加微 粒随机行走过程?模拟薄膜生长成核阶段的动态过程? ２一ＤＬＡ模型模拟薄膜生长的动态过程 图１一ＤＬＡ模型模拟薄膜生长动态过程的截图 图１为ＤＬＡ模型模拟薄膜生长动态过程的截图?首先同时出现 已由一定微粒数目微粒凝聚成的红色微粒集团和一随机行走的蓝色 微粒?当蓝色微粒与红色集团的相遇时?蓝色微粒就与红色微粒集 团聚集在一起?并且微粒颜色由蓝色变成红色?然后出现第二个蓝 色微粒?该蓝色微粒仍随机行走?当该蓝色微粒与已凝聚的红色凝 结核相遇时?蓝色微粒便会与两红色微粒凝聚在一起?并且变成红 色微粒?然后出现第三个二第四个二第五个 第ｎ个微粒重复上诉 过程?随着蓝色微粒数的增多?红色微粒集团在逐渐变大?并逐渐 变成类似于分枝形状的图形 ? 图２一ＤＬＡ模型模拟薄膜生长结束时的截图 一一图２为ＤＬＡ模型模拟薄膜生长结束时的截图?从图２可以看到 薄膜朝着不同的方向生长?生长方向随机?其形状类似于分叉 形状? ３一小结 随着计算机技术的发展?越来越来的研究者通过计算机来模拟 薄膜生长的过程?因为模拟薄膜的动态生长过程能够从直观角度理 解实验现象?能够解释外界环境因素对实验的影响?并且能够调控 外界因素取得理想的实验结果?为深入了解薄膜生长的具体机理? 采用有限扩散凝聚(ＤＬＡ)模型?用Ｍａｔｌａｂ模拟出了薄膜生长成核 阶段的动态过程?结果以动画形式显示出了薄膜生长的成核阶段微 粒先进行随机行走?当其与已成核的团簇相遇时?便加入凝聚团 簇?呈现出成核团簇逐渐成长的过程? 参考文献: [１]一ＷｉｔｔｅｎＴＭ.ＳａｎｄｅｒＬＭ.ＥｆｆｅｃｔｉｖｅＨａｒｍｏｎｉｃＦｌｕｉｄＡｐｐｒｏａｃｈｔｏ ｌｏｗＥｎｅｒｇｙＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＯｎｅＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＱｕａｎｔｕｍＦｌｕｉｄｓ[Ｊ]. ＰｈｙｓＲｅｖＬｅｔｔ?１９８１?４７:１４００－１４０８ [２]一李金林.ＤＬＡ分形结构成长过程的分析[Ｊ].青海师范大学 学报(自然科学版)?２００４?３:３－６ [３]一王浩鹏?赵凯?关止.基于ＤＬＡ模型的植物生长模拟研究 [Ｊ].微计算机信息?２００７?２３(８－３):２３４－２３６ [４]一李宏?温娟?王新华?等.应用ＤＬＡ模型模拟钢中夹杂物集 团凝聚[Ｊ].北京科技大学学报?２００６?２８(４):３４３－３４７ [５]一高睿?谢淑云?陶继东.ＭＡＴＬＡＢ平台下实现ＤＬＡ分形聚集 生长的模拟[Ｊ].西南师范大学学报(自然科学版)?２００５? ３０(１):８３－８６ [６]一金鹏康?王晓昌?郭坤.絮凝体的ＤＬＡ分形模拟及其分形维 数的计算方法[Ｊ].环境化学?２００７?２６(１):５－８ [７]一秦朝燕?邱祖明?陈文有.絮凝体的三维ＤＬＡ模型分形模拟 [Ｊ].南昌大学学报(工科版)?２０１０?３２(２):１２２－１２７ [８]一Ｂ.Ａ.Ｐａｉｌｔｈｏｒｐｅ?Ｅ.Ｇ.Ｇｅｒｓｔｎｅｒ.Ｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕ￣ ｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｎｆｉｌｍａｍｏｒｐｈｏｕｓｃａｒｂｏｎｇｒｏｗｔｈ[Ｊ]?ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｎ －ＣｒｙｓｔａｌｌｉｎｅＳｏｌｉｄｓ?１９９５?１８９:２５８－２６３ [９]一Ｄ.Ｐ.Ｚｈａｎｇ?Ｚ.Ｘ.ＦａｎａｎｄＨ.Ｊ.Ｑｉ.Ｓｈａｏ.Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆ ｇｒｏｗｔｈｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｉｎｆｉｌｍｏｎｎｏｎ－ｐｌａｎａｒｓｕｂｓｔｒａｔｅ[Ｊ]?Ａｐ￣ ｐｌｉｅｄＳｕｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ?２００５?２４９?８４－９０ [１０]一王恩哥.薄膜生长的表面动力学(１)[Ｊ].物理学进展? ２００３?２３(１):１－５３
第五章土地／景观动态过程及模拟 【教学目的】 通过本章的学习，掌握土地/景观变化的空间模式，土地利用／覆盖变化的生态效应分析，了解土地／景观变化模型及其利用。 【重点难点】 教学重点是土地/景观变化的空间模式，土地利用／覆盖变化的生态效应分析 景观动态是景观遭受干扰时发生的现象，是一个复杂的多尺度过程，对绝大多数生物体具有极为重要的意义。景观动态分析是景观结构和功能随时间的变化过程，实质上包括了不同组分之间复杂的相互转化，是目前景观生态学研究中的一个新热点。景观动态研究涉及复杂的自然和人为影响因素，并因此产生更加复杂的景观格局和功能变化过程。对景观动态的研究可以了解景观变化的驱动因素和机理，建立土地／景观辩护模型，预测未来景观变化方向和趋势，并通过对变化方向和速度的调控实现景观的定向演变和可持续发展。 第一节土地／景观变化的空间模式 一、人类活动对土地／景观变化的影响 在人类历史时期，土地／景观变化已在不同的时间和空间发生。 刀耕火种时期，人类对土地利用与景观的影响较小。 农业文明时期，开始吧林地、草地转化为农田，引进农业技术、过程，自然的景观转化为农业景观，以及出现了一些田园化景观和可持续农业景观。 工业化与人口的扩张，导致大量的自然与人文景观退化，从而不可避免地出现了全球性的生态环境问题。 人为活动是影响景观变化的主要因素。而了解人类干扰对景观动态变化的影响，成为合理规划和利用土地的基础。 人类活动对土地／景观变化影响包括土地利用、大型工程建设、城市化规模扩展、诱发自然灾害等方面。 人类活动对土地／景观的影响是多时间尺度的。 大时间尺度上表现为不同历史时期对土地覆被的改造。 工业革命后的百余年，人类活动在较短的时间尺度上对生态环境造成巨大的影响。二、景观变化的空间过程 １.景观破碎化 人类活动造成景观变化结果就是景观破碎化，而景观破碎化导致生物的生境破碎化，是生物多样性丧失的主要原因之一。 景观破碎化是指由于自然或人为干扰所致的景观有简单趋于复杂的过程，即由单一、均
薄膜的生长主要包含以下三个基本过程： 首先，在非平衡等离子体中，电子与反应气体发生初级反应，使得反应气体发生分解，形成离子和活性基团的混合物； 其二，各种活性基团向薄膜生长表面和管壁扩散输运，同时发生各反应物之间的次级反应； 最后，到达生长表面的各种初级反应和次级反应产物被吸附并与表面发生反应，同时伴随有气相分子物的再放出。 具体说来，基于辉光放电方法的PECVD技术，能够使得反应气体在外界电磁场的激励下实现电离形成等离子体。在辉光放电的等离子体中，电子经外电场加速后，其动能通常可达10eV左右，甚至更高，足以破坏反应气体分子的化学键，因此，通过高能电子和反应气体分子的非弹性碰撞，就会使气体分子电离（离化）或者使其分解，产生中性原子和分子生成物。正离子受到离子层加速电场的加速与上电极碰撞，放置衬底的下电极附近也存在有一较小的离子层电场，所以衬底也受到某种程度的离子轰击。因而分解产生的中性物依扩散到达管壁和衬底。这些粒子和基团（这里把化学上是活性的中性原子和分子物都称之为基团）在漂移和扩散的过程中，由于平均自由程很短，所以都会发生离子-分子反应和基团-分子反应等过程。到达衬底并被吸附的化学活性物（主要是基团）的化学性质都很活泼，由它们之间的相互反应从而形成薄膜。 2、等离子体内的化学反应 由于辉光放电过程中对反应气体的激励主要是电子碰撞，因此等离子体内的基元反应多种多样的，而且等离子体与固体表面的相互作用也非常复杂，这些都给PECVD技术制膜过程的机理研究增加了难度。迄今为止，许多重要的反应体系都是通过实验使工艺参数最优化，从而获得具有理想特性的薄膜。对基于PECVD技术的硅基薄膜的沉积而言，如果能够深刻揭示其沉积机理，便可以在保证材料优良物性的前提下，大幅度提高硅基薄膜材料的沉积速率。
第六章薄膜的生长过程 射向基板及薄膜表面的原子、分子与表面相碰撞，其中一部分被反射，另一部分在表面上停留。 停留于表面的原子、分子，在自身所带能量及基板温度所对应的能量作用下，发生表面扩散(surface diffusion)及表面迁移(surface migration)，一部分再蒸发，脱离表面，一部分落入势能谷底，被表面吸附，即发生凝结过程。 凝结伴随着晶核形成与生长过程，岛形成、合并与生长过程，最后形成连续的膜层。 在真空中制造薄膜时，真空蒸镀需要进行数百摄氏度以上的加热蒸发。 在溅射镀膜时，从靶表面飞出的原子或分子所带的能量，与蒸发原子
的相比，还要更高些。这些气化的原子或分子，一旦到达基板表面，在极短的时间内就会凝结为固体。
也就是说，薄膜沉积伴随着从气相到固相的急冷过程，从结构上看，薄膜中必然会保留大量的缺陷。 此外，薄膜的形态也不是块体的，其厚度与表面尺寸相比相差甚远，可近似为二维结构。 一、薄膜的生长过程：新相的成核与薄膜的生长两个阶段 1、成核阶段 在薄膜形成的最初阶段，一些气态的原子或分子开始凝聚到衬底上，从而开始了所谓的形核阶段。由于热涨落的作用，原子到达衬底表面的最初阶段，在衬底上成了均匀细小、而且可以运动的原子团（岛或核）。 当这些岛或核小于临界成核尺寸时，可能会消失也可能长大；而当它大于临界成核尺寸时，就可能接受新的原子而逐渐长大。 2、薄膜生长阶段 一旦大于临界核心尺寸的小岛形成，它接受新的原子而逐渐长大，而岛的数目则很快达到饱和。小岛像液珠一样互相合并而扩大，而空出的衬底表面上又形成了新的岛。形成与合并的过程不断进行，直到孤立的小岛之间相互连接成片，一些孤立的孔洞也逐渐被后沉积的原子所填充，最后形成薄膜。