計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用淺析

孫芳芳

【摘要】材料科學(xué)是一門(mén)新興的學(xué)科，無(wú)論是學(xué)術(shù)研究還是操作經(jīng)驗(yàn)都不算成熟，要對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)、完整的研究還需要一個(gè)很長(zhǎng)、很艱難的過(guò)程。材料科學(xué)的研究需要涉及到大量的人力難以解決的問(wèn)題，這就需要結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用也就顯得極為必要。本文主要介紹計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用方向和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的幾個(gè)比較重要的作用，本文研究的目的是希望計(jì)算機(jī)技術(shù)能在材料科學(xué)的研究中有進(jìn)一步的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī) 材料科學(xué) 應(yīng)用

材料科學(xué)是多個(gè)專(zhuān)業(yè)結(jié)合下新產(chǎn)生的學(xué)科，我國(guó)目前對(duì)于材料科學(xué)的研究還處于發(fā)展階段，沒(méi)有成熟。但在實(shí)際之中，我們對(duì)于材料的性能、質(zhì)量有了更高的要求，這在一定程度上提升了材料科學(xué)理論研究的動(dòng)力，但也給研究帶來(lái)了很大的壓力。計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用是材料科學(xué)發(fā)展的必經(jīng)之路，也是材料科學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的臺(tái)階。這是實(shí)際中對(duì)材料要求更嚴(yán)格的體現(xiàn)，計(jì)算機(jī)的快速、便捷、高精度能夠給材料科學(xué)的研究帶去很大的便利，材料科學(xué)的發(fā)展也離不開(kāi)計(jì)算機(jī)技術(shù)的引進(jìn)。

一.計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用方向

1.利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行新材料設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于材料的質(zhì)量、功能都有了更高的要求，同時(shí)，人們也不再滿(mǎn)足原有的材料類(lèi)別，而是希望能夠研究并設(shè)計(jì)出新的材料用于生產(chǎn)、生活。新材料的設(shè)計(jì)需要將大量的理論和實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)、圖像進(jìn)行分析，從而提出設(shè)計(jì)新材料的方法。其中涉及到的大量的數(shù)據(jù)和圖像，如果根據(jù)以往的采取人工分析的方法，需要投入大量的人力、物力，并且人工進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，因?yàn)槿肆Φ木τ邢蓿瑹o(wú)法達(dá)到計(jì)算機(jī)的精確程度，在數(shù)據(jù)分析過(guò)程中極容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。而新材料的設(shè)計(jì)是一個(gè)需要極高的精準(zhǔn)度的工作，其中即便是一點(diǎn)小失誤，也會(huì)引起新材料的特性的變化，所以新材料的設(shè)計(jì)必然是離不開(kāi)計(jì)算機(jī)的加入的，只有計(jì)算機(jī)才能保證設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤少發(fā)生甚至是不發(fā)生。

2.利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖像處理

計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)的就是數(shù)據(jù)和圖像的分析能力，其準(zhǔn)確性和高強(qiáng)度的分析能力是人工所不能比擬的。一般而言，對(duì)于數(shù)據(jù)的分析最便捷、最直觀的是利用圖表進(jìn)行分析，而計(jì)算機(jī)擁有良好的存儲(chǔ)系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)并保存，即可在計(jì)算機(jī)上通過(guò)簡(jiǎn)易的方式繪出圖表進(jìn)行分析，除此之外，計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存系統(tǒng)還擁有很強(qiáng)的查詢(xún)功能，面對(duì)如此龐大的研究數(shù)據(jù)，也只有計(jì)算機(jī)的查詢(xún)功能能夠在分析中便捷的找出研究人員所需要的數(shù)據(jù)。

3.利用計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬

眾所周知，材料科學(xué)的研究過(guò)程中，需要根據(jù)理論做出許多的模擬實(shí)驗(yàn)，再?gòu)膶?shí)驗(yàn)中總結(jié)需要的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而再進(jìn)行試驗(yàn)。任何一門(mén)科學(xué)在進(jìn)行新材料的設(shè)計(jì)或是新理論的提出時(shí)，都需要這一個(gè)“研究—實(shí)驗(yàn)—分析”的循環(huán)的過(guò)程。計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力和對(duì)比能力在材料科學(xué)是模擬試驗(yàn)中就可以派上用場(chǎng)。計(jì)算機(jī)模擬的主要操作過(guò)程就是將模擬得出的分析數(shù)據(jù)和實(shí)際體系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)其中的缺陷，即是檢驗(yàn)其準(zhǔn)確程度。一般而言，一次對(duì)比是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要不斷的分析、實(shí)驗(yàn)、對(duì)比，這一循環(huán)過(guò)程涉及到的龐大的工作量就需要計(jì)算機(jī)來(lái)完成。

二.計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的作用分析

1.方便查閱資料和人員之間的交流

研究人員要在某一領(lǐng)域進(jìn)行研究，必須要能夠掌握該領(lǐng)域科研的最新消息，即要能夠知道該領(lǐng)域的其他研究人員都在做什么，該領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展前景如何，以及研究出成果之后發(fā)表途徑是什么等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于科研人員查閱資料以及各科研人員之間研究成果的交流是有很大便利的，研究人員可以在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上找出自己需要的資料，計(jì)算機(jī)很多的數(shù)據(jù)庫(kù)，總會(huì)找到滿(mǎn)意的資料。除此之外，研究人員科研通過(guò)閱讀別的研究人員的科研論文，以此來(lái)了解別人的研究成果，而當(dāng)自己的研究有了成果時(shí)，也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)表出來(lái)，供他們學(xué)習(xí)參考。材料科學(xué)作為新興的學(xué)科，需要各研究人員相互溝通共同努力，唯有這樣才能更進(jìn)一步推動(dòng)材料科學(xué)的發(fā)展。

2.計(jì)算機(jī)是材料科學(xué)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中的重要工具

材料科學(xué)還處于發(fā)展階段，其研究還不成熟，這就需要材料科學(xué)的學(xué)者不能停下腳步，需要不停的進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究。但是研究人員的精力是有限的，這就需要計(jì)算機(jī)的加入，研究人員利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行研究，其效果會(huì)好很多，效率也會(huì)更高，這就更有利于材料科學(xué)的發(fā)展。在新材料的開(kāi)發(fā)中，需要利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行材料的組成、性能的分析，因此，計(jì)算機(jī)在新材料的研究、設(shè)計(jì)中有著重要的作用。而另一方面，材料科學(xué)的研究中，必須要經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)、模擬這一過(guò)程，計(jì)算機(jī)憑借其強(qiáng)大的運(yùn)行能力，可以被研究人員用來(lái)進(jìn)行模擬操作，從而檢驗(yàn)材料的各種屬性。

3.計(jì)算機(jī)圖像分析功能

材料科學(xué)的研究過(guò)程中，研究人員面對(duì)的最大的困難應(yīng)該是大量的數(shù)據(jù)的分析，首先，數(shù)據(jù)的分析不能出錯(cuò)，其次，數(shù)據(jù)過(guò)于龐大，人力難以完成。所以這就需要借助計(jì)算機(jī)對(duì)于數(shù)據(jù)的分析能力。將數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)并保存，計(jì)算機(jī)同時(shí)又擁有查詢(xún)功能，可以即時(shí)查詢(xún)數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)、圖像的分析上也有著極強(qiáng)的能力，并且也擁有很強(qiáng)的準(zhǔn)確度，這也正是計(jì)算機(jī)可利用之處。

三.總結(jié)

現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)到達(dá)一定程度，計(jì)算機(jī)也已經(jīng)融入到了各個(gè)領(lǐng)域。而對(duì)于材料科學(xué)這樣的新興的學(xué)科，研究中必然會(huì)涉及到許多的數(shù)據(jù)、圖像，所以對(duì)于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也就顯得極為重要，一般來(lái)說(shuō)，要促進(jìn)材料科學(xué)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)成了必要的工具。材料科學(xué)的研究還不成熟，在計(jì)算機(jī)的應(yīng)用之后，還需要研究人員堅(jiān)持不懈的努力，為材料科學(xué)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃少鶴.計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用分析[J].信息科技，2013.

[2]黃萬(wàn).計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用[J].包鋼科技，2009.