向超系统进化法则在表面等离激元学研究中的应用-2015年11月30日.ppt

向超系统进化趋势及其在表面等离激元学研究中的应用,张中月,个人介绍,张中月 教授、博士生导师、MATRIZ三级 陕西师范大学 物理学与信息技术学院 研究方向： 微纳光学与光子学、TRIZ在微纳光学与光子学研究中的应用,进化法则层次结构,S曲线进化趋势,提高理想度法则,向超系统进化 法则,系统完备性 法则,增加裁剪度趋势 法则,流增强进化 法则,子系统的不均衡 进化法则,系统协调性 进化法则,减少人工介入的 进化法则,可控性进化法则,动态性进化法则,,,,,,,,,,,,,,系统、超系统,系统：设计用于执行一定功能。一般来说，它指的是我们整体的研究对象。 超系统：包含被分析的系统的系统。在超系统中，我们所要分析的系统只是其中的一个组件。组成超系统的组件，就是超系统组件。,系统,超系统组件,子系统,向超系统进化法则,定义：随着工程系统进化，它逐渐与超系统的组件集成。,,当前研究系统：桌子；超系统组件：椅子；进化：桌子集成了椅子。,向超系统进化法则,铅笔,双色铅笔,,,系统：铅笔 功能：涂覆染料 超系统组件：另外一色铅笔 功能：涂覆不同染料（参数差异）,系统：铅笔 功能：涂覆染料 超系统组件：橡皮 功能：移除染料（功能差异）,1. 参数差异化增加的趋势（主要功能相同） 2. 主要功能差异化增加的趋势（主要功能不同） 3. 集成水平深度增加的趋势 4. 集成数量增加的趋势,向超系统进化法则的子趋势,子趋势1-超系统与原工程系统的参数差异化增加的趋势 集成超系统类型 同质性系统 与原工程系统相比至少一项参数的差异 竞争性系统（不同的系统，具有类似的主要功能）,,向超系统进化法则的子趋势,子趋势1-集成超系统与原工程系统的参数差异化增加的趋势 例：船帆的演化,向超系统进化法则的子趋势,前后帆,同质性系统,前后帆+横帆,多参数系统,帆+蒸汽机,竞争性系统,子趋势2-超系统与原工程系统的主要功能差异化增加的趋势 集成系统类型 联合工程系统 异类工程系统 相反的工程系统,,向超系统进化法则的子趋势,子趋势2-超系统与原工程系统的主要功能差异化增加的趋势 联合工程系统是什么？ 工程系统与超系统具有相同的主要功能对象 例：平底锅（烹饪食物） 和烤架（加热食物） 如果工程系统在同一过程之中 例：摄影机和胶卷 工程系统具有相同的应用环境 例：帐篷和火炉,,向超系统进化法则的子趋势,子趋势2-主要功能差异化增加 系统都属于同一过程的一部分 例：护发产品,向超系统进化法则的子趋势,洗发水,护发素,洗发水+护发素,+,=,联合工程系统,子趋势2-主要功能差异化增加 工程系统具有相同的应用环境 例：家用工具,向超系统进化法则的子趋势,=,瑞士军刀,联合工程系统,子趋势2-主要功能差异化增加 异类系统的集成整合（主要功能不同，但共享资源） 实例：,向超系统进化法则的子趋势,种植水稻+养鱼,交通+广告,子趋势2-超系统与原工程系统的主要功能差 异化增加的趋势 整合相反的工程系统（主要功能相反） 实例：,向超系统进化法则的子趋势,灯泡和灯罩,锤子和起子,铅笔和橡皮,子趋势3-更深度集成 实例：手表,向超系统进化法则的子趋势,非关联,手表+罗盘,,,手表和罗盘的集成,部分剪裁,带有罗盘功能的手表,彻底剪裁,子趋势4-增加的集成的系统数 集成系统的类型 单系统 双系统 多系统,,向超系统进化法则的子趋势,子趋势4-增加的集成的系统数 实例：电视,向超系统进化法则的子趋势,Television TV+VCR TV+VCR+DVD,单系统 双系统 多系统,子趋势4-增加的集成的系统数 例如：办公设备,向超系统进化法则的子趋势,,打印机,扫描仪,复印机,传真,集成系统,参数差异化增加 功能差异化增加 水平深度增加 集成数量增加,向超系统进化法则子趋势回顾,向超系统进化法则小结,驱动力：工程系统内的可用资源耗尽时，它需要新的资源继续进化（通过增加功能性和/或降低成本，提升系统的理想度）；由于超系统元素提供了一系列丰富的资源，工程系统通过集成超系统组件获得资源； 和其它技术系统进化法则一样，是方案模型的基础。,表面等离激元学,球形粒子散射：Mie Theory （1905） MATLAB Functions for Mie Scattering and Absorption, Thesis 周期性结构层：Effective Medium Theory J. Phys. D: Appl. Phys. 28 (1995) 2578,表面等离激元学,数值算法开启了不规则形状纳米结构光散射特性研究的大门 离散偶极子近似 传输矩阵算法 有限元算法 时域有限差分算法 多极子展开 -------,组件（系统）参数发生差异,J. Phys. Chem. B 2003,107, 668,J. Phys. Chem. B 2005,109, 20331,J. Phys. Chem. B 2005,109, 23373,组件（系统）参数发生差异,Opt Express 2000,6, 213,PRL 2003,90, 057401,组件（系统）参数发生差异,组件（系统）参数发生重大差异,J. Chem. Phys. 2005,123, 114713,J. Phys. Chem. B 2006, 110, 2150,APL 2000, 77, 3379,还有PRB 2005, 71, 045430,组件（系统）参数发生重大差异,Nano Lett. 2006,6, 683,Nano Lett. 2007,7, 729,包覆结构--------------,相同组件集成（同质系统）,J. Chem. Phys. 1999,111, 1195,J. Phys. Chem. B 2003,107, 7343,Nano Lett. 2007,7, 318,PCCP2006,8 3520,Nano Lett. 2003,8, 1087,相同组件集成（同质系统）,Nature 2003,425, 488,Adv Matter 2004,19, 1686,OE 2001,8, 655,Nano Lett 2004,不同参数的组件集成,PCCP2006,8 3520,JPCB 2003,107 668,APL 2006,88 063118,集成水平深度不断增加,法诺共振,Nano Lett. 2011,11 2835,Nano Lett. 2011,11 1657,集成深度不断增加,宽频吸收,Nature 2012,OE 2014,Nanoscale 2013,集成数量不断增加,宽频吸收,ACS Nano 2014,Scientific Reports 2014,创新往往是“暮然回首…” 应用向超系统进化趋势，设计微纳结构以产生圆二色性,向超系统进化趋势应用,结论,TRIZ进化趋势在表面等离激元学研究中确实有体现 进化趋势也是产生创造性的新概念的新工具 TRIZ方法引入到某些科学研究中，可以加快创新过程，提升创新效率,,谢谢大家！ 请多提宝贵意见！,