第一篇：TRIZ理論及應(yīng)用研究論文

[摘要] 本文在對(duì)TRIZ理論的定義、基本原理和體系結(jié)構(gòu)概括介紹的基礎(chǔ)上，分析了TRIZ在生產(chǎn)管理系統(tǒng)創(chuàng)新中的應(yīng)用與不足之處，提出了改進(jìn)建議。

[關(guān)鍵詞] 創(chuàng)新 TRIZ 生產(chǎn)管理系統(tǒng)

對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，創(chuàng)新涉及到工程領(lǐng)域與企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理。TRIZ理論作為工程領(lǐng)域解決創(chuàng)新問(wèn)題的最有力的方法，目前已擴(kuò)展非工程領(lǐng)域創(chuàng)新研究中，本文主要針對(duì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行研究。

一、TRIZ理論方法

在TRIZ之父Altshuller的領(lǐng)導(dǎo)下，TRIZ研究團(tuán)體分析了近250萬(wàn)件高水平的發(fā)明專利，并綜合多學(xué)科領(lǐng)域的原理和法則后，建立起由解決技術(shù)問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新開發(fā)的各種方法、算法組成的TRIZ理論體系。

1.TRIZ 體系結(jié)構(gòu)

TRIZ提供了發(fā)現(xiàn)、解決問(wèn)題的工具和技術(shù)，可以幫助設(shè)計(jì)人員避免解決問(wèn)題過(guò)程中繁瑣的試湊工作。TRIZ方法論包含分析工具和基于知識(shí)的工具。

(1)TRIZ分析工具。分析工具包含物質(zhì)－場(chǎng)分析、ARIZ算法、需求功能分析等，這些工具用于問(wèn)題模型的建立、分析和轉(zhuǎn)換。①物質(zhì)-場(chǎng)分析：TRIZ將所有的功能都分解為兩種物質(zhì)及一種場(chǎng)，產(chǎn)品是功能的一種實(shí)現(xiàn)，可用物質(zhì)-場(chǎng)分析產(chǎn)品的功能。物質(zhì)S1可以是被控粒子、材料、物體或過(guò)程，物質(zhì)S2是控制S1的工具或物體，場(chǎng)F是用于S1與S2之間相互作用的能量，如機(jī)械能、液壓能、電磁能等。② ARIZ算法：ARIZ稱為發(fā)明問(wèn)題解決算法，是發(fā)明問(wèn)題解決的完整算法，該算法采用一套邏輯過(guò)程逐步將初始問(wèn)題程式化。③功能分析：從完成功能的角度分析系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件，設(shè)計(jì)中的重要突破、成本或復(fù)雜程度的降低往往是功能分析的結(jié)果。

（2)基于知識(shí)的工具。基于知識(shí)的工具包含40條發(fā)明原理、76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解和效應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)。①40條發(fā)明原理：用于找出創(chuàng)新的解決方案。每一種解決方案都是一個(gè)建議，應(yīng)用該建議可以使系統(tǒng)產(chǎn)生特定的變化以消除技術(shù)沖突。②76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解：用于解決基于技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化模式的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題。按照目標(biāo)這些標(biāo)準(zhǔn)解被分為五類，分類中解的順序反映出技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化方向。③效應(yīng)知識(shí)庫(kù)：庫(kù)是TRIZ中最容易使用的一種工具。運(yùn)用庫(kù)中的各種物理、化學(xué)和幾何效應(yīng)可以使解決方案更理想和簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)。

2.TRIZ解決問(wèn)題流程

應(yīng)用TRIZ解決問(wèn)題的第一步是對(duì)給定的問(wèn)題進(jìn)行分析；如果發(fā)現(xiàn)存在沖突則應(yīng)用原理去解決；如果問(wèn)題明確但不知道如何解決，則應(yīng)用效應(yīng)去解決；第三種選擇是對(duì)待創(chuàng)新的技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)化過(guò)程的預(yù)測(cè)；最后是評(píng)價(jià)，確定是否滿足求。如果滿足要求，則進(jìn)行后序的設(shè)計(jì)工作；反之，要對(duì)問(wèn)題進(jìn)行重新分析。

二、TRIZ的應(yīng)用

在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，基于TRIZ理論的應(yīng)用非常廣泛，從工程領(lǐng)域到政治、生產(chǎn)管理、組織結(jié)構(gòu)、教育等非工程領(lǐng)域，無(wú)不顯示出它的生命力。

1.TRIZ在企業(yè)生產(chǎn)管理領(lǐng)域創(chuàng)新中的應(yīng)用

在參考工程領(lǐng)域的創(chuàng)新問(wèn)題求解技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)演繹推理的方法提出的在生產(chǎn)管理領(lǐng)域創(chuàng)新中應(yīng)用TRIZ是完全可行的。近幾年來(lái)，有些學(xué)者通過(guò)對(duì)TRIZ 方法及工具的局部修改后，應(yīng)用在管理領(lǐng)域上。Mann & Domb把40個(gè)創(chuàng)新原理引入到商業(yè)活動(dòng)中，就每個(gè)創(chuàng)新原理提出相應(yīng)的商業(yè)原則，建議當(dāng)企業(yè)面臨類似的問(wèn)題時(shí)可以利用此40 個(gè)創(chuàng)新原理作為解決的對(duì)策。Ruchti& Livotov利用TRIZ 系統(tǒng)化的思考模式和解決問(wèn)題過(guò)程，提出12 條雙向原則作為解決商業(yè)與組織管理問(wèn)題的參考。

2.TRIZ應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)管理創(chuàng)新中的不足

應(yīng)用TRIZ理論解決企業(yè)生產(chǎn)管理創(chuàng)新問(wèn)題時(shí)，完全挪用工程領(lǐng)域的理論框架并不可取，解題工具僅僅利用40個(gè)創(chuàng)新原理和沖突矩陣使用面太窄。TRIZ 直接用于生產(chǎn)管理領(lǐng)域創(chuàng)新失敗的主要原因包括：結(jié)構(gòu)失效、問(wèn)題分析方法單

一、解題工具不足、算法不能適應(yīng)生產(chǎn)管理領(lǐng)域創(chuàng)新問(wèn)題、操作性差等。

3.TRIZ在生產(chǎn)管理領(lǐng)域創(chuàng)新中的應(yīng)用改進(jìn)建議

(1)根據(jù)TRIZ的思想和基本哲理，結(jié)合生產(chǎn)管理領(lǐng)域創(chuàng)新的特點(diǎn)，構(gòu)建面向生產(chǎn)管理領(lǐng)域創(chuàng)新的TRIZ理論體系；(2)針對(duì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理的特點(diǎn)，在39個(gè)通用工程參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行增減，確定生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理參數(shù)，進(jìn)而構(gòu)建一個(gè)新的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理沖突矩陣，并且修改40個(gè)創(chuàng)新原理，作為改善的策略。充分運(yùn)用物質(zhì)─場(chǎng)模型功能描述的特點(diǎn)和76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解，拓寬解題工具。(3)把質(zhì)量功能布置（QFD）、六西格瑪設(shè)計(jì)（DFSS）、約束理論（TOC）、田口方法等方法與TRIZ進(jìn)行結(jié)合，以改進(jìn)TRIZ分析生產(chǎn)管理領(lǐng)域創(chuàng)新問(wèn)題方法單一的缺陷。(4)進(jìn)一步細(xì)化生產(chǎn)管理領(lǐng)域的問(wèn)題描述，逐步做到以定量分析為主，提高可操作性。

三、結(jié)論

本文介紹了TRIZ 基本理論和主要工具，探討了在生產(chǎn)管理領(lǐng)域創(chuàng)新中的應(yīng)用。針對(duì)其在解決生產(chǎn)管理領(lǐng)域創(chuàng)新中存在的一些問(wèn)題，給出了應(yīng)用改進(jìn)建議。我們相信隨著TRIZ 理論的發(fā)展，其在生產(chǎn)管理領(lǐng)域創(chuàng)新中的應(yīng)用操作性會(huì)愈來(lái)愈強(qiáng)，應(yīng)用范圍會(huì)越來(lái)越廣，成為解決生產(chǎn)管理領(lǐng)域創(chuàng)新的有效方法和手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]Mann&Domb, “Systematic Win-Win problem Solving In A Business Environment”,The TRIZ Journal, 004km.cn., 2002

[2]Ruchti, B&Livotov, p, “TRIZ-based Innovation principles and A process for problem Solving in Business and Management”, The TRIZ Journal,004km.cn., 2001

第二篇：數(shù)據(jù)庫(kù)課程設(shè)計(jì)理論及實(shí)踐論文

數(shù)據(jù)庫(kù)課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)及信息技術(shù)相關(guān)專業(yè)方向的核心課程，主要研究數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的基本概念、原理、方法及其應(yīng)用，包括數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)言、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、事務(wù)處理等核心內(nèi)容．通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠正確理解數(shù)據(jù)庫(kù)的基本原理，熟練掌握數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用技術(shù)，掌握科學(xué)研究的方法和軟件開發(fā)的基礎(chǔ)規(guī)律，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力．

１數(shù)據(jù)庫(kù)理論是數(shù)據(jù)庫(kù)課程設(shè)計(jì)的前提

目前，數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品市場(chǎng)９５％以上都是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品．關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)理論是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，掌握關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)課程理論是數(shù)據(jù)庫(kù)課程設(shè)計(jì)的前提．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)課程是研究數(shù)據(jù)處理技術(shù)的一門綜合性學(xué)科，它是與離散數(shù)學(xué)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件工程、計(jì)算機(jī)原理等學(xué)科及其他應(yīng)用領(lǐng)域的知識(shí)和方法相結(jié)合的學(xué)科．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)理論研究的核心內(nèi)容是數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)規(guī)范化理論、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性、完整性、數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)、模式分解理論和方法．只有掌握了數(shù)據(jù)庫(kù)理論才能做好數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)［１］２２－４９．全國(guó)大部分院校都將數(shù)據(jù)庫(kù)理論和應(yīng)用作為兩門課程開設(shè)，一門是數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論（主講數(shù)據(jù)原理），另一門是數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用（主講程序設(shè)計(jì)）．對(duì)于絕大多數(shù)學(xué)習(xí)者來(lái)講，學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)的最終目的是掌握數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用方法和技術(shù)，在現(xiàn)有ＤＢＭＳ的基礎(chǔ)上二次開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品，而不是開發(fā)新的ＤＢＭＳ，所以大多數(shù)高校往往在數(shù)據(jù)理論之前先開設(shè)數(shù)據(jù)應(yīng)用課程，如ＶｉｓｕａｌＦｏｘｐｒｏ６．０、Ｄｅｌｐｈｉ、Ｏｒａｃｌｅ、ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ、Ａｃｃｅｓｓ等程序設(shè)計(jì)課程是關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的產(chǎn)品，它們屬于原理的具體應(yīng)用部分．學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用課程后，便于掌握和應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)理論；反之，也只有學(xué)習(xí)了數(shù)據(jù)庫(kù)理論才能更好地掌握和應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)．

２數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)理論是數(shù)據(jù)庫(kù)理論的應(yīng)用和延伸

２．１數(shù)據(jù)庫(kù)理論在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中的指導(dǎo)應(yīng)用

按照規(guī)范設(shè)計(jì)的方法，將數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)分為６個(gè)階段：需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)施、數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行和維護(hù)．在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的每一個(gè)階段，都不同程度地用到了數(shù)據(jù)庫(kù)理論與方法，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)理論進(jìn)行了豐富的擴(kuò)充．在概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，核心內(nèi)容是數(shù)據(jù)建模，即根據(jù)實(shí)體類型設(shè)計(jì)Ｅ－Ｒ（實(shí)體－聯(lián)系）圖．在Ｅ－Ｒ圖中要搞清楚哪些是實(shí)體，哪些是屬性．從理論的角度來(lái)說(shuō)，實(shí)體是客觀存在的，并可以相互區(qū)別的事物，屬性是對(duì)實(shí)體特征的描述，但是它們之間既有必然區(qū)別，也有一定聯(lián)系．實(shí)體和屬性不是絕對(duì)的，如果需要對(duì)屬性進(jìn)一步描述，則屬性就作為實(shí)體，反之，如果不需要對(duì)實(shí)體進(jìn)一步描述，則實(shí)體也可以作為另一實(shí)體的屬性．例如，在設(shè)計(jì)職工檔案管理數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，實(shí)體類型“職工”的屬性：檔案號(hào)，姓名，性別，出生日期，參加工作時(shí)間，學(xué)歷，職稱，職務(wù)，工資．如果只考慮現(xiàn)在的工資，則工資就是職工實(shí)體的屬性，但是如果考慮職工的工資歷史，則工資就是一個(gè)實(shí)體．在邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，用到規(guī)范化理論、求極小集和碼的方法、模式分解理論和方法．

２．２數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)理論是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)理論的延伸

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)理論對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)理論在很多方面進(jìn)行了延伸和擴(kuò)展，使得數(shù)據(jù)庫(kù)理論更加簡(jiǎn)捷、方便和直觀．在邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，將概念模型的產(chǎn)品基本Ｅ－Ｒ圖轉(zhuǎn)換為邏輯結(jié)構(gòu)的關(guān)系模型，是模式分解理論的直接應(yīng)用，是在數(shù)據(jù)庫(kù)理論基礎(chǔ)上的抽象和延伸，實(shí)體內(nèi)和實(shí)體間的轉(zhuǎn)換，實(shí)體間的每一個(gè)實(shí)體轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)系，實(shí)體內(nèi)的屬性是關(guān)系的屬性，實(shí)體內(nèi)屬性的碼就是關(guān)系的碼．按照關(guān)系理論的函數(shù)依賴，每一個(gè)實(shí)體中，碼決定每一個(gè)屬性，而模式分解中，碼相同的合并，左右兩端的屬性合并作為一個(gè)分解，從操作方面減少了復(fù)雜性，所以設(shè)計(jì)理論與數(shù)據(jù)理論完全吻合；數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體之間的聯(lián)系分為一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多和多實(shí)體之間的聯(lián)系４種情況，這些轉(zhuǎn)換在邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中都給出了轉(zhuǎn)換規(guī)則，也完全滿足模式分解理論，在模型優(yōu)化時(shí)，用到極小集方法與設(shè)計(jì)理論的結(jié)合．

３注重?cái)?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐的結(jié)合３．１處理好數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)理論的關(guān)系

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)理論盡管比較完善，按照規(guī)范化理論，在函數(shù)依賴領(lǐng)域，如果關(guān)系滿足ＢＣＮＦ，不會(huì)存在數(shù)據(jù)冗余、插入異常、刪除異常和更新異常，實(shí)際上關(guān)系規(guī)范化不一定要達(dá)到ＢＣＮＦ；如果達(dá)到ＢＣＮＦ，不會(huì)出現(xiàn)冗余和各種異常，但會(huì)出現(xiàn)查詢效率降低．這就要根據(jù)實(shí)際情況綜合權(quán)衡．下面以規(guī)范化后的學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)為例說(shuō)明．學(xué)生成績(jī)管理系統(tǒng)包含下列３個(gè)關(guān)系：學(xué)生（學(xué)號(hào)，姓名，性別，出生年月）；課程（課號(hào)，課名，學(xué)時(shí)，學(xué)分）；成績(jī)（學(xué)號(hào)，課號(hào)，成績(jī)）．我們經(jīng)常查詢“某同學(xué)學(xué)習(xí)某課程的成績(jī)”，這就需要３個(gè)關(guān)系的連接，如果學(xué)生人數(shù)較多（數(shù)據(jù)庫(kù)較大），可能需要較長(zhǎng)時(shí)間，但如果是第１范式，則不需要連接，如果是第２范式，可能連接的次數(shù)較少，也會(huì)減少耗費(fèi)．在實(shí)際應(yīng)用中，我們可能不需要把關(guān)系劃分到ＢＣＮＦ，也許只需要達(dá)到２ＮＦ，甚至１ＮＦ，也就是逆規(guī)范化，到底規(guī)范化到什么程度，要結(jié)合實(shí)際問(wèn)題和具體設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)［２］３－３９．

３．２課程實(shí)驗(yàn)是數(shù)據(jù)庫(kù)課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)庫(kù)課程是理論與應(yīng)用結(jié)合較為緊密的一門課程．學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫(kù)課程的主要目的是為了應(yīng)用．因此，為了深入淺出地講授數(shù)據(jù)庫(kù)理論，在每一章都設(shè)計(jì)一些課程實(shí)驗(yàn)，以便通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證理論，同時(shí)掌握其應(yīng)用方法，為后續(xù)的課程設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)．在大部分教科書中，都是以ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ?yàn)槔?，講授ＳＱＬ語(yǔ)言、數(shù)據(jù)的安全性、完整性．在講授ＳＱＬ語(yǔ)言時(shí)，可以讓學(xué)生先建立數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合所學(xué)內(nèi)容對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查詢、插入、刪除、修改等實(shí)踐操作，在實(shí)踐的過(guò)程中真正理解并掌握ＳＱＬ語(yǔ)言的應(yīng)用環(huán)境．在講授數(shù)據(jù)庫(kù)安全性和完整性時(shí)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用讓學(xué)生對(duì)系統(tǒng)做數(shù)據(jù)控制．提高學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)課程的認(rèn)識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和欲望．

３．３課程設(shè)計(jì)是提升學(xué)生綜合應(yīng)用能力的關(guān)鍵

課程設(shè)計(jì)是課程內(nèi)容的展示，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的延伸，是學(xué)生掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容、方法和技巧的綜合體現(xiàn)．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)理論主要是為了指導(dǎo)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用和實(shí)踐，通過(guò)系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)和部分單元（如創(chuàng)建用戶、創(chuàng)建視圖、用戶管理、權(quán)限管理等）的應(yīng)用實(shí)踐訓(xùn)練，充分認(rèn)識(shí)到ＤＢＡ在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的作用．通過(guò)課程設(shè)計(jì)讓學(xué)生在掌握數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)理論的同時(shí)掌握數(shù)據(jù)庫(kù)課程設(shè)計(jì)的全過(guò)程，可以采取將學(xué)生分組的方式，為每組同學(xué)擬定相關(guān)題目，如學(xué)生檔案管理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、售票管理系統(tǒng)等，設(shè)計(jì)可以采取集中設(shè)計(jì)和分散設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，如果條件允許可以集中７～１０天時(shí)間做課程設(shè)計(jì)，否則，可以利用周末時(shí)間集中設(shè)計(jì)，學(xué)生自己找業(yè)余時(shí)間，教師加強(qiáng)指導(dǎo)，題目在期中布置，期末老師驗(yàn)收．讓每一位同學(xué)獨(dú)立完成或者協(xié)助完成數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的過(guò)程，同時(shí)，使每一組同學(xué)進(jìn)行上機(jī)運(yùn)行并調(diào)試，完成所有功能進(jìn)行程序?qū)崿F(xiàn)，最后組織設(shè)計(jì)答辯．教課評(píng)價(jià)方面，可將學(xué)生平時(shí)的課程設(shè)計(jì)和期末考試相結(jié)合，作為學(xué)期期末成績(jī)．通過(guò)課程設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)答辯，學(xué)生不僅鞏固了理論知識(shí)，豐富了課程實(shí)踐，掌握了如何運(yùn)用理論指導(dǎo)實(shí)踐應(yīng)用，也對(duì)今后其他課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，取得較好的效果．

３．４數(shù)據(jù)庫(kù)課程設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是在指定的應(yīng)用環(huán)境下，構(gòu)建最優(yōu)的數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯模式和物理結(jié)構(gòu)，建立數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用系統(tǒng)，滿足各種用戶的各種需求（信息、管理和操作需求），并能夠有效地存儲(chǔ)和管理數(shù)據(jù)．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)要按照需求分析、概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施、數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)行和維護(hù)各個(gè)階段突出特點(diǎn)嚴(yán)格進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是與行為設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合．每一個(gè)階段都有具體的技術(shù)要求，教師提出要求讓學(xué)生深入圖書館、學(xué)生管理部門或者企業(yè)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查，通過(guò)需求分析設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)流圖，編寫數(shù)據(jù)字典．概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是從數(shù)據(jù)流圖和數(shù)據(jù)字典中提煉出Ｅ－Ｒ圖，對(duì)Ｅ－Ｒ圖優(yōu)化后獲得基本Ｅ－Ｒ圖．按照轉(zhuǎn)換規(guī)則和ＤＢＭＳ的轉(zhuǎn)換功能將概念結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品基本Ｅ－Ｒ圖轉(zhuǎn)換為邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)系模型．物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要根據(jù)ＤＢＭＳ的詳細(xì)特征設(shè)計(jì)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存取技術(shù)，最后經(jīng)過(guò)優(yōu)化、評(píng)價(jià)滿足用戶的效率要求．?dāng)?shù)據(jù)庫(kù)實(shí)施和運(yùn)行維護(hù)主要考慮代碼的編寫、調(diào)試、試運(yùn)行和維護(hù)，涉及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)、安全性、完整性、數(shù)據(jù)組等問(wèn)題．整個(gè)設(shè)計(jì)都是在數(shù)據(jù)庫(kù)理論的指導(dǎo)下進(jìn)行［３］１８１－２５０．

４結(jié)語(yǔ)

數(shù)據(jù)庫(kù)課程設(shè)計(jì)是理論和實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的深入，數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用在社會(huì)生活中越來(lái)越重要，應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，如何使數(shù)據(jù)庫(kù)理論和設(shè)計(jì)更好的結(jié)合是值得高校教師深入探討的問(wèn)題．只有不斷的探索數(shù)據(jù)庫(kù)課程設(shè)計(jì)理論，才能在實(shí)際應(yīng)用中得到創(chuàng)新．

第三篇：論文翻譯——超表面理論及應(yīng)用

超表面理論及應(yīng)用-超材料的平面化

An Overview of the Theory and Applications of Metasurfaces: The Two-Dimensional Equivalents of Metamaterials Christopher L.Holloway1, Edward F.Kuester2, Joshua A.Gordon1, John O’Hara3, Jim Booth1, and David R.Smith4

三碗

譯

摘要

超材料通常由按一定規(guī)律排布的散射體或者通孔構(gòu)成，由此來(lái)獲得一定的性能指標(biāo)。這些期望的特性通常是天然材料所不具備的，比如負(fù)折射率和近零折射率等。在過(guò)去的十年里，超材料從理論概念走到了市場(chǎng)應(yīng)用。3D超材料也可以由二維表面來(lái)代替，也就是超表面，它是由很多小散射體或者孔組成的平面結(jié)構(gòu)，在很多應(yīng)用中，超表面可以達(dá)到超材料的效果。超表面在占據(jù)的物理空間上比3D超材料有著優(yōu)勢(shì)，由此，超表面可以提供低耗能結(jié)構(gòu)。文章中將討論到超表面特性的理論基礎(chǔ)和它們不同的應(yīng)用。我們也將可以看出超表面和傳統(tǒng)的頻率選擇表面的區(qū)別。

在電磁領(lǐng)域超表面有著很廣泛的應(yīng)用（從微波到可見光波段），包括智能控制表面、小型化的諧振腔、新型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、角獨(dú)立表面、吸收器、生物分子設(shè)備、THz調(diào)制和靈敏頻率調(diào)節(jié)材料等等。文中綜述了近幾年這種材料或者表面的發(fā)展，并讓我們更加接近一百年前拉姆和Pocklington或者之后的Mandel和Veselago所提出的令人驚訝的觀點(diǎn)。

引言

最近這些年，超材料這方面一直引領(lǐng)著材料的潮流。超材料是一種新的人工合成材料來(lái)得到自然材料所不具備的一些特性。在電磁背景中，這方面最早的實(shí)例就是人工電介質(zhì)。之后，我們將會(huì)看到和經(jīng)典結(jié)構(gòu)完全不同的超材料和超表面，比如光子能帶隙結(jié)構(gòu)（PBG）、頻率選擇表面（FSS）。雙負(fù)指數(shù)（DNG）超材料是一種盛行的超材料，也叫作負(fù)指數(shù)材料（NIM）、左手材料等（LHM）。這種材料的特性是在給定的頻率帶寬內(nèi)其有效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率是負(fù)的。另一種特性是近零折射率。在這種材料中，其介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都被設(shè)計(jì)成接近于零。擁有這些特性的材料可以應(yīng)用在很寬的頻率范圍（微波到可見光頻段），并且其應(yīng)用也很廣泛，如隱身、低反射材料、新型結(jié)構(gòu)、天線、電子調(diào)諧、超透鏡和諧振器等。

現(xiàn)在的超材料研究來(lái)源于對(duì)Bexelago理論的仿真，或者是基于之后Pendry、Smith等人所實(shí)現(xiàn)的超材料結(jié)構(gòu)。然而，這個(gè)領(lǐng)域中很多研究者并沒有認(rèn)識(shí)到負(fù)折射率超材料的概念和它們令人吃驚的性能可以回溯至那么早的時(shí)間段。實(shí)際上，這種材料的理論可以回推到一個(gè)世紀(jì)以前。早在1967年，一些學(xué)者已經(jīng)對(duì)超材料做出了研究，而更早的Sivukhin在1957年對(duì)超材料的特性做了簡(jiǎn)單的描述。Malyuzhinets和Silin都相信L.I.Mandel在更早的時(shí)間里做過(guò)超材料研究。Mandel提到關(guān)于Lamb的1904年的報(bào)紙，稱Lamb或許是這一領(lǐng)域的第一人。Lamb提出了反波的存在性（在相反方向上擁有相位和群速度的波，他的實(shí)例包含機(jī)械系統(tǒng)而不是電磁波）。Schuster在他1904年的可見光書中簡(jiǎn)短的談及了Lamb的工作，并提出了在可見光介質(zhì)中或許也有著反波的特性。1905年，Pocklington展示在某種情況下靜止的自行車鏈條可以產(chǎn)生反波，加上突然的激勵(lì)可以產(chǎn)生一種擁有遠(yuǎn)離波源的群速度和朝向波源的相速度。

超材料通常是用規(guī)律排列的小散射體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，以此來(lái)獲得期望的性能。超材料可以被擴(kuò)展成二維分布的電子散射體圖1.圖1a闡述一種普遍的散射體排布，而圖1b-1d展示更多的特殊例子。圖1b展示一種金屬散射體排布，它可以獲得與經(jīng)典開口環(huán)結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的磁響應(yīng)類似的電響應(yīng)。圖1c展示一種球粒陣列（基于此引入了3D超材料，來(lái)源于早期Lewin的工作，但更早的是100年前Gans和Happel的預(yù)測(cè)）。圖1d為陶立方排布。超材料的這種表面結(jié)構(gòu)最初命名為超薄膜，表示一個(gè)表面上分布著小的散射體。值得一提的是每個(gè)散射體的都是很薄的（甚至比晶格常數(shù)?。?，可以有任意的形狀，可以有亞波長(zhǎng)尺度。與超材料類似，超薄膜也可以通過(guò)其散射體的排布來(lái)有其特有的電磁特性。超薄膜又稱超表面或單層超材料。在1.1和1.2部分我們將簡(jiǎn)化其稱呼。

對(duì)于很多應(yīng)用，超表面可以用于放置超材料。超表面相對(duì)于3D超材料來(lái)說(shuō)有著占有更小物理空間的優(yōu)勢(shì)，由此，超表面可以提供更低能耗的結(jié)構(gòu)。近幾年，超表面在從微波到可見光波段的應(yīng)用取得了巨大的成就。除了可用在上面所說(shuō)的超材料的應(yīng)用外，超表面還可以實(shí)現(xiàn)智能表面控制、小型化諧振腔、新型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)單而寬角度吸收器、阻抗匹配表面和生物分子器件。下面也將會(huì)更詳細(xì)的談到其中的一些應(yīng)用。

1.1 超表面與頻率選擇表面

下面說(shuō)一說(shuō)超材料（MM）和傳統(tǒng)光子帶隙(PBG)或電磁帶隙(EBG)結(jié)構(gòu)之間的區(qū)別，另外超材料和傳統(tǒng)頻率選擇表面（FSS）的區(qū)別。第一種超材料可以使用超表面來(lái)發(fā)展創(chuàng)新。對(duì)于超材料來(lái)說(shuō)，能熟知周期材料在不同頻率或者不同尺寸的電磁響應(yīng)非常重要。這種復(fù)合材料可以分成三種完全不同的部分（圖2）。對(duì)于3D超材料來(lái)說(shuō)，第一部分是準(zhǔn)靜態(tài)部分。這就暗含低頻的意思（亞波長(zhǎng)段頻率）。這種散射體將會(huì)具有誘導(dǎo)的或者永久的偶極柜，這也是經(jīng)典材料的性質(zhì)。另外，這種散射體可以通過(guò)改變形狀或者位置來(lái)獲得想要性質(zhì)的人工復(fù)合材料。在這一部分，描述使用經(jīng)典的材料混合來(lái)得到目標(biāo)特性（介電常數(shù)、磁導(dǎo)率）

當(dāng)波長(zhǎng)可以與結(jié)構(gòu)周期相近或者比周期小時(shí)，會(huì)有特別的響應(yīng)發(fā)生，見圖2的第三部分。在這種頻率下，存在一種更加復(fù)雜的場(chǎng)，這就需要用更加精密的分析技術(shù)（全波方法）。傳統(tǒng)的分析方法是Floquet-Bloch理論，其中的場(chǎng)擴(kuò)展到有各種不同方向的平面波。當(dāng)波長(zhǎng)接近周期時(shí)，就需要考慮到更高要求的Floquet-Bloch理論。這種高要求模型就會(huì)通過(guò)復(fù)合材料干擾基波的傳播，在這種頻率范圍中我們稱復(fù)合材料為光子帶隙或者電磁帶隙材料。在某種頻率范圍，光子帶隙和電磁帶隙材料會(huì)阻礙到EM波的傳播，這種頻率帶就稱為阻帶。別的頻率中，這種材料的通過(guò)率很高，這種頻率就為通帶。布拉格散射效應(yīng)就是與這種頻率有聯(lián)系，它是很多實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)。

圖2的第二部分也是處在亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，不過(guò)期單元散射體可以達(dá)到共振。這就實(shí)現(xiàn)了另一種人工材料（MM），實(shí)現(xiàn)了自然材料所沒有的特性（如雙負(fù)或近零指數(shù)材料）。第二部分，那些共振體是其成為超材料的原因所在。我們可以通過(guò)有效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率來(lái)標(biāo)明超材料的特性。

二維陣列（超表面）也有相似的特性。對(duì)于二維格子陣列來(lái)說(shuō)，第一部分復(fù)合材料屬于經(jīng)典薄膜材料，第三部分是周期性的共鳴器。另一方面講，當(dāng)我們談及超表面時(shí)，就是在說(shuō)第二部分的共鳴器散射體而不是周期性結(jié)構(gòu)。普通的頻率選擇表面有時(shí)會(huì)是運(yùn)行在這種體制下，但這種類型的操作和第三部分的并沒有明確的標(biāo)出。

值得注意的是圖2所示的第二部分并不常見。這種散射體需要特別的設(shè)。例如，如果是 圖7中球形粒子的特性或者半徑非常小，或者是散射體的形狀、尺寸沒有做合適的選擇，散射體的共振將會(huì)趨向于Floquet-Bloch模型，就實(shí)現(xiàn)不了雙負(fù)材料。在Floquet-Bloch模型中散射體共振將會(huì)被吸收，這種介質(zhì)模型就不能充分描述復(fù)合材料。總的來(lái)說(shuō)，圖2中第一、第二部分會(huì)出現(xiàn)在某種復(fù)合材料介質(zhì)的情況中。第一部分（經(jīng)典混合理論），其有效特性不依賴頻率。第二部分（散射體共振），其材料具有頻率依賴特性。在這部分中，可以實(shí)現(xiàn)3D雙負(fù)指數(shù)材料和別的共振器。最后一部分中，電磁場(chǎng)和周期材料的相互作用非常復(fù)雜。我們不再將復(fù)合材料稱為有效介質(zhì)。當(dāng)波長(zhǎng)接近結(jié)構(gòu)周期時(shí)，更高要求的Floquet-Bloch模型需要考慮進(jìn)去，超材料和超表面就是這樣。

1.2 超表面類型

超表面結(jié)構(gòu)就是二維的周期性亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。在一般的研究中，我們將超表面列為兩類。一種是有著陶瓷拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（一種絕緣散射體）圖1a所示，稱其為超薄膜，有著很多應(yīng)用。另一種是漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)（圖3），稱為元幕。這些材料是由在阻抗表面周期排列的孔制成。別的種類超表面基于這兩者之間。例如，平行導(dǎo)線光柵在垂直導(dǎo)線方向表現(xiàn)出超薄膜的特性，而在沿軸方向就表現(xiàn)為元幕性質(zhì)。

1.3超表面模型

模擬超材料的傳統(tǒng)的、最方便的方法是有效介質(zhì)理論。在這種方法中，某些類型的平均是用在超材料周期單元結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的電磁場(chǎng)上面。從這些平均值中，可以確定超材料的有效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率（以及折射率）。值得一提的是，只有當(dāng)波長(zhǎng)相對(duì)于晶格常數(shù)足夠大時(shí)候平均才是有效的。對(duì)于場(chǎng)的周期單元平均定義有效材料性能是正確的方法（那種勻質(zhì)平均的類型），許多研究人員已經(jīng)在實(shí)踐中使用根據(jù)一些計(jì)算出厚度的超材料樣品來(lái)得到期望的反射和透射系數(shù)。尼科爾森-羅斯-韋爾（NRW）的方法或它的變形，可以用于獲取超材料的有效材料性能。需要注意的是，當(dāng)使用范圍是負(fù)指數(shù)材料時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的NRW方法必須進(jìn)行修正。典型地，一個(gè)平方根的符號(hào)的選擇是由明確的通過(guò)確保在傳播方向正功率溢流。在某些情況下，還必須考慮到樣品的邊界附近局部影響。如果使用得當(dāng)，有效介質(zhì)的方法是用于表征超材料的很合適的方法。

嘗試使用類似的超表面參數(shù)分析很少成功。一些以前的超表面研究把其當(dāng)做是單層超材料薄膜，這種模型的材料特性是任意的引入一個(gè)非零厚度參數(shù)來(lái)獲得的。這有一些人為物理結(jié)構(gòu)參數(shù)的問(wèn)題：這些超表面的參數(shù)特征是錯(cuò)誤的。傳統(tǒng)計(jì)算方法的展開可以給我們一些提示，當(dāng)以樣品尺寸建模時(shí)，必須考慮樣品邊界效應(yīng)，就像兩個(gè)不同切面上的效應(yīng)一樣。

為了說(shuō)明其中難點(diǎn)，我們使用圖1中對(duì)等的厚度為d（圖4）的材料層來(lái)代替超表面。其有效特性是由上文中HRW方法所得出。問(wèn)題是上述所得有效特性對(duì)于超表面來(lái)說(shuō)并不唯一，雖然散射體的幾何特性和晶格常數(shù)一定，但厚度d不確定。實(shí)際上，d在合理限制中可以任意取值。由于d不是唯一確定的，所以由其而得的超表面特性也不是唯一的。因此，與報(bào)道中相反的是，把超表面看成等效介質(zhì)所得的有效特性都是不合適的并且導(dǎo)致了錯(cuò)誤的闡釋。Smith等人堅(jiān)持這個(gè)觀點(diǎn)，認(rèn)為‘εd’很可能是常量。在文獻(xiàn)[101]中介紹了易受影響的表面和有效特性直接的關(guān)系，認(rèn)為對(duì)于超表面來(lái)說(shuō)，不能定義獨(dú)立于d的ε和μ。由此說(shuō)明ε和μ是d的函數(shù)，并且唯一確定。這種結(jié)果就是說(shuō)d、ε和μ是任取的。也就是我們?nèi)绻俣ê穸纫矠槌Ａ烤涂梢允褂眠@種有效特性。但對(duì)于不同的厚度來(lái)說(shuō)，這種有效特性并不適用，非平面形狀也一樣。如果我們想在一定厚度基礎(chǔ)上使用這種有效特性的話，那是沒問(wèn)題的。從另一方面說(shuō)，如何改變了厚度而繼續(xù)使用之前的特性，那就是錯(cuò)誤的了。

圖5和圖6強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)。圖5展示了球粒陣列中通過(guò)這種方法使用不同的有效厚度d所得的介電常數(shù)。圖6展示不同厚度下的負(fù)折射率。圖5和圖6中可以看出有效特性是厚度

d的函數(shù)，說(shuō)明有效特性并不是超表面所固有的本質(zhì)特性。同樣我們也應(yīng)該指出通過(guò)這種方法所獲得的超薄膜或超表面的有效特性并不能展示其物理特性。例如，因果顛倒或者負(fù)材料呈現(xiàn)出大的介電常數(shù)或磁導(dǎo)率（在文中基于時(shí)間t假設(shè)的ejwt的正虛部）。

在文獻(xiàn)[100]中，論證了超薄膜表面的唯一性，由此，也定義了超表面特性的唯一性。從物理上講，超表面是一種極小的板：當(dāng)電磁波與其作用是會(huì)產(chǎn)生相移或者是振幅的改變。這種超表面最好的定義是通過(guò)普通的板過(guò)渡理論（GSTCs），是對(duì)比于使用在超材料上的有效介質(zhì)描述來(lái)說(shuō)的。這種方法使用在超表面與電磁場(chǎng)交互作用時(shí)候，且符合廣義等效面轉(zhuǎn)換理論。

對(duì)于超薄膜來(lái)說(shuō)，在文獻(xiàn)[23]中所述廣義等效面轉(zhuǎn)換條件與超表面的兩個(gè)面上的電磁場(chǎng)有關(guān)（見圖1a）：

式中av代表超表面兩邊的平均場(chǎng)，t為到z的距離，是單位矢量。?ES和?MS分別是兩

....表面的電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這有著計(jì)量單元，并且與散射體的電磁極化密度相關(guān)。當(dāng)散射體有缺失 這種性質(zhì)會(huì)消失并且方程（1）中E和H的非相關(guān)條件將會(huì)減少。簡(jiǎn)便起見，我們認(rèn)定散射體和晶格對(duì)稱，則表面并失如下：

在這篇文章和文獻(xiàn)[101]中，我們對(duì)于?MS有一個(gè)約定，在H場(chǎng)中右邊項(xiàng)前加一個(gè)負(fù)號(hào)，而E場(chǎng)右邊項(xiàng)加正號(hào)（見方程1）。這種符號(hào)約定與文獻(xiàn)[100]中不一樣。我們選這種約定是因?yàn)楫?dāng)表面磁密度與H在同一方向時(shí)Re(?MS)為正，這也是經(jīng)典磁材料特性定義的組成部分。這種廣義等效面轉(zhuǎn)換條件可以應(yīng)用在更多的方面，如不對(duì)稱性、不均材質(zhì)、以及雙各向異性表面，而且這方面的理論已經(jīng)有了發(fā)展。值得注意的是方程1的約定條件僅適用于超薄膜。具有不同結(jié)構(gòu)的超表面將需要其他的理論條件。例如，周期性隔離孔組成的元幕有著零厚度理想導(dǎo)體，這與廣義等效面轉(zhuǎn)換理論相悖，這可以寫成：

其中E場(chǎng)和B場(chǎng)在元幕中是連續(xù)的。這里，?ES和?MS分別是元幕的電特性和磁特性，并且，與超薄膜表面相似，它們有著長(zhǎng)度。當(dāng)孔不存在時(shí)，就只剩了理想導(dǎo)體平面，那些由孔引起的電、磁特性將會(huì)消失，并且方程3中電場(chǎng)E的切量會(huì)減小。元幕的經(jīng)典邊界條件還沒有定義出，還需要補(bǔ)間斷的工作來(lái)發(fā)展。像導(dǎo)線光柵這種擁有超薄膜和元幕兩種特性的超材料的邊界條件也一樣需要發(fā)展（在[102][103]中廣義等效面轉(zhuǎn)換條件應(yīng)用在了薄導(dǎo)線光柵上）。

廣義等效面轉(zhuǎn)換條件同樣可以用于阻抗邊界條件。對(duì)于平面波電磁的變量，它是平行于超薄膜的

....我們可以利用麥克斯韋方程將方程1寫成：

其中表面轉(zhuǎn)移導(dǎo)納和轉(zhuǎn)移阻抗由下式給出：

這種邊界條件也可以等效成傳輸線電路。

這種廣義邊界條件可以讓超表面可以有一個(gè)有著無(wú)限薄等效表面的模型。表面幾何的細(xì)節(jié)包含在表面特性的邊界條件中。應(yīng)用在廣義等效面轉(zhuǎn)換條件中的場(chǎng)是一種宏觀場(chǎng)，相比于散射體、孔和晶格來(lái)說(shuō)，其并不具備長(zhǎng)度，但當(dāng)波長(zhǎng)在介質(zhì)周圍是它就有著更大的值。值得注意的是，這種廣義條件由于方程1和3中表面梯度的影響而存在著誤差。如果表面特性可以使用矢量波（沿波的傳播方向）來(lái)計(jì)算的話，這種邊界條件的計(jì)算將更加精確。

如果不需要空間場(chǎng)變量的精細(xì)的結(jié)構(gòu)的話，這種廣義等效面轉(zhuǎn)換條件和麥克斯韋方程一樣都需要分析場(chǎng)與超表面的相互作用。這種邊界條件中的表面特性是位移確定的，并且可以作為描述超表面的物理量?；谶@種模型的檢索技術(shù)將在下部分來(lái)描述。

1.4 超表面的特性

如上部分所述，超表面的有效特性和磁導(dǎo)率（與負(fù)折射率相同）并不唯一確定。這一部分我們將綜述一種超薄膜的唯一的特性，主要是基于反演其反射和傳輸系數(shù)來(lái)獲得。超薄膜的反射（R）和傳輸(T)系數(shù)不管是對(duì)于TE或者是TM波（圖7）都來(lái)源于文獻(xiàn)[24]。

對(duì)于TE波來(lái)說(shuō)：

對(duì)TM波來(lái)說(shuō)：

其中k0是真空波矢。這種反射和傳輸系數(shù)可以用于有著足夠?qū)ΨQ性反射體的超薄膜上。同樣的方法也可以用于更多非對(duì)稱不規(guī)則表面特性，如元幕或更多普通的超表面。這些理論尚有待發(fā)展。

一旦確定了表面的反射和傳輸系數(shù)，表面特性就確定了。在這個(gè)實(shí)例中，每個(gè)偏振波都需要兩種R和T系數(shù)。對(duì)于TE波，其三個(gè)未知特性的推導(dǎo)如下：

其中R(0)和T(0)是正入射波的反射和傳輸系數(shù)，R(θ)和T(θ)是以θ角入射波的反射和傳輸系數(shù)。而對(duì)于TM極化波，其未知特性的推導(dǎo)如下：

在文獻(xiàn)[100]中的符號(hào)錯(cuò)誤已經(jīng)在上式中修正。同樣文獻(xiàn)[101]也做出了修正。

這種方法既可以從理論上又可以從實(shí)驗(yàn)方面確定R和T的值。而對(duì)于普通入射測(cè)量技術(shù)來(lái)說(shuō)，很難分辨其入射和反射成分，如果入射角不為零則結(jié)果會(huì)好很多，祥見文獻(xiàn)[100]。有趣的是，當(dāng)推斷超材料模型的有效特性時(shí)，這種反演方法來(lái)求解超薄膜特性既不用特定的取符號(hào)的平方根，也不需要假定表面層的厚度。

為了確認(rèn)超薄膜這種反演的特性，我們引入一種球粒型超薄膜如圖1c。其中a=10mm, p=25,59mm, εr=2, μr=900, tanδ=0.04。這種結(jié)構(gòu)的極化度是可解析的，因此其表面特性可以根據(jù)文獻(xiàn)[100]給出的方程計(jì)算。如上所說(shuō)，可以通過(guò)設(shè)置不同的R,T來(lái)確定未知量，文獻(xiàn)[100]給出了一些方法。

Figure 8.The surface susceptibilities for a metafilm composed of spherical particles.圖8所示?ES和?ES的實(shí)部和虛部。其結(jié)果是通過(guò)30入射角的數(shù)值仿真所得的R和T。

0zzyy超薄膜模型是球粒陣列，有著對(duì)稱傳輸陣列（）。同樣圖中也給出了文獻(xiàn)[100]分析結(jié)果。通過(guò)對(duì)比，這種反演方法所得結(jié)果和方程計(jì)算結(jié)果一樣。

上述例子和文獻(xiàn)[100]都說(shuō)明了反演方法的正確性。更重要的是，這種計(jì)算結(jié)果說(shuō)明了超薄膜特性是唯一的。

超薄膜也可以用來(lái)計(jì)算3D超材料的有效特性。在這種技術(shù)中，和上面一樣，超薄膜的平面波反射和傳輸系數(shù)用來(lái)計(jì)算表面特性。通過(guò)文獻(xiàn)[23]中應(yīng)用，之后就可以獲得單個(gè)散射體的極化率。通過(guò)把這種超薄膜嵌入三維超材料里，就可以通過(guò)Clausius-Mossottii關(guān)系來(lái)得到有效介電常數(shù)和磁導(dǎo)率。這種技術(shù)是一種很有用的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的方法，尤其是當(dāng)波在一個(gè)很小的多層樣本中傳輸時(shí)候。

在本文的其他部分，我們將討論近幾年超表面的各種應(yīng)用?？烧{(diào)表面

對(duì)于一個(gè)給定的超表面，我們可以通過(guò)很多商用模型來(lái)分析它與電磁場(chǎng)的反應(yīng)。然而，如我們所見，可以通過(guò)廣義等效面轉(zhuǎn)換條件來(lái)獲得平面波的傳輸和反射系數(shù)。對(duì)于超薄膜，適用于方程7和方程8.這些特性與超薄膜的表面特性有關(guān)。這些方程的好處是可以讓我們從物理方面洞察表面特性與反射、傳輸系數(shù)的關(guān)系。方程7和方程8闡釋了通過(guò)控制表面的反射和傳輸系數(shù)可以改變表面特性。

以方程7和方程8為例，我們可以寫出在全反射或者全透過(guò)時(shí)電、磁特性的關(guān)系。在全反射時(shí)：

而對(duì)于全透過(guò)時(shí)所需的條件是：

理論上控制反射和傳輸系數(shù)可以通過(guò)以下機(jī)制來(lái)完成：1，通過(guò)改變散射體的電磁特性；2，通過(guò)改變基板（材料特性或者幾何構(gòu)造）的結(jié)構(gòu)。以球磁粒子組成的超薄膜為例，圖9所示為R關(guān)于散射體磁導(dǎo)率的曲線。圖中可以看出，基于散射體磁導(dǎo)率的變化，超薄膜從全反射變化到了全透射。這種可控表面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，其組成是由球形YIG粒子所組成的超薄膜，控制激勵(lì)是外加DC磁場(chǎng)。圖10所示為這種超薄膜的傳輸特性隨外加DC磁場(chǎng)的變化。一些其他的方法也已經(jīng)可以用來(lái)控制超表面，并且在動(dòng)態(tài)控制領(lǐng)域也有許多研究在開展，我們將在第7和第9部分做討論。各向異性超表面：角獨(dú)立特性、吸波器和阻抗匹配表面。

各向異性散射體所組成的超薄膜可以用來(lái)獲得與各項(xiàng)同性超表面所不同的很多應(yīng)用。這些應(yīng)用中的一個(gè)有趣的體超材料是在其內(nèi)設(shè)計(jì)出各向異性的表現(xiàn)。實(shí)際上這個(gè)主意來(lái)著隱身斗篷材料，其有著很大的關(guān)注度。這種材料是通過(guò)在超材料里設(shè)計(jì)各向異性材料來(lái)設(shè)計(jì)的，覆蓋有這種材料的物體可以使光在其表面?zhèn)鞑セ蛘邚澢?。?jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)的各向異性超材料可以達(dá)到既不散射又不吸收能量，這樣就可以在電磁波里實(shí)現(xiàn)隱身效果?，F(xiàn)在可以在理論上實(shí)現(xiàn)從射頻到可見光的隱身。但由于材料和結(jié)構(gòu)的本質(zhì)屬性，在獲得寬帶隱身效果來(lái)說(shuō)還有著技術(shù)難點(diǎn)需要突破。試驗(yàn)證明窄帶單偏振的隱身實(shí)例已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)。

同樣，這種概念也可以擴(kuò)展到超表面中。在這個(gè)設(shè)計(jì)中，其表面設(shè)計(jì)將選用散射體所組成的超表面來(lái)達(dá)到期望的性能。例如，理論上可以可以設(shè)計(jì)出一種超表面來(lái)達(dá)到將EM波聚焦到目的區(qū)域，與聚焦天線陣列很像。如果可以按照期望的控制超表面的散射體，就可以得到一種能夠改變能量聚焦所在的方向和頻率的超表面，這種概念現(xiàn)在正在研究。

另一個(gè)例子是怎樣獲得不依賴角度（至少是某種參數(shù)范圍中）的反射和傳輸系數(shù)。對(duì)于一個(gè)給定的入射角，方程13給出了在發(fā)生全反射時(shí)表面電和磁的磁化系數(shù)。方程13給出了一種可以在這種全反射狀態(tài)下獲得近似角獨(dú)立的結(jié)構(gòu)。以TE波為例，當(dāng)?MS>>?ES時(shí)，角依賴性被削弱，這是基于方程13中圓括號(hào)前部分控制第二角依賴部分。同樣地，對(duì)于TM波，當(dāng)?MS>>?ES時(shí),其角依賴性同樣變?nèi)酢．?dāng)超薄膜的散射體結(jié)構(gòu)達(dá)到諧振頻率時(shí)，會(huì)產(chǎn)生這種性質(zhì)。當(dāng)所指部分占優(yōu)勢(shì)時(shí)，方程13中全反射條件變成： yyzzzzyy

如果超表面設(shè)計(jì)成這種傳輸成分的表面特性的共振相比于普通成分來(lái)說(shuō)非常高，則這種超表面或許會(huì)產(chǎn)生角獨(dú)立特性。這種特性在圖11中闡釋出來(lái)，其中我們畫出了超表面的反射系數(shù)，這個(gè)超表面是由圖1b所示金屬結(jié)構(gòu)組成。在圖中可以看到這個(gè)表面在600入射角處獲得近似角獨(dú)立。

我們可以將這個(gè)概念擴(kuò)展到很多其他的結(jié)構(gòu)上。例如，具有高的各向異性材料的板也可以獲得角獨(dú)立特性。文獻(xiàn)[61]展示，這種特性可以通過(guò)檢測(cè)不同各向異性基板的反射系數(shù)來(lái)觀測(cè)。另外，引進(jìn)計(jì)算電磁學(xué)中的完美匹配層（PML）可以減少輻射邊界所產(chǎn)生的誤差，同樣它也需要這種角獨(dú)立特性。這種PML可以通過(guò)超表面的理念來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種課題正在研究中。

這種結(jié)構(gòu)為發(fā)展緊密的電磁吸波器提供了可匹配的能耗材料，并且使獨(dú)特的阻抗匹配表面得以實(shí)現(xiàn)。基于這種想法的吸波器最近開始出現(xiàn)在文獻(xiàn)中[53-58]。這種結(jié)構(gòu)通常由覆蓋有金屬板的能耗基板和其前部的超表面組成（圖1b的第二幅圖）。這種結(jié)構(gòu)或許會(huì)是窄頻的，但它同樣也是很緊湊的。使用超表面的這種結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它有著很好的角獨(dú)立特性，這在理論和實(shí)驗(yàn)中都是已經(jīng)證明的了。對(duì)于角獨(dú)立特性的物理說(shuō)明如上述或者文獻(xiàn)[60]。

不同的團(tuán)隊(duì)同樣也研究了超表面在阻抗匹配表面的應(yīng)用。與圖12a所示的金屬陣列相似的結(jié)構(gòu)已經(jīng)被用來(lái)制作寬角度的阻抗匹配表面。這種結(jié)構(gòu)具有高各向異性，可以使角獨(dú)立特性得以實(shí)現(xiàn)。這種薄各向異性超表面的反射特性在圖12b中展示。諧振器尺度的優(yōu)化

Engheta展示了當(dāng)孔中部分填充負(fù)折射率材料時(shí)候，在λ/2尺寸規(guī)模的諧振器結(jié)構(gòu)的尺度還可以再減小。文獻(xiàn)[35,36]中擴(kuò)展了這個(gè)理論，使用超表面也達(dá)到了同樣的效果。利用超表面的優(yōu)勢(shì)是可以理論上比利用3D超材料所實(shí)現(xiàn)的尺寸要小。距離為d的兩個(gè)金屬板之間放置超表面，達(dá)到共振所需要的相位匹配條件是

當(dāng)?M??0時(shí)，n=0不成立。通過(guò)這個(gè)方程，可以看出如果合理設(shè)計(jì)超表面的話，諧振器尺寸可以超越λ/2波長(zhǎng)的限制。

例如，一個(gè)由兩金屬板及其之間的方形片狀物構(gòu)成的超薄膜。圖13所示為三種不同板的諧振頻率關(guān)于l/p（p為周期，l為單個(gè)方形物的尺寸）。當(dāng)l/p=0時(shí)，就是經(jīng)典結(jié)果d=λ/2。對(duì)于一個(gè)給定的d來(lái)說(shuō)，電容性超表面可以很大程度上減小諧振頻率，或者是減小諧振器尺寸以得到期望的諧振頻率。方形片超薄膜諧振器的頻率減小在表1中展示，周期p=500μm。在表中，對(duì)于不同的l/p值列出了相對(duì)應(yīng)的減少值。這個(gè)表的結(jié)果展示了這種結(jié)構(gòu)可以減少共振器尺寸高達(dá)56%。如果經(jīng)過(guò)精細(xì)制作超表面散射體的極化特性，還可以達(dá)到更好的減少尺寸效果。實(shí)際上通過(guò)控制超表面的特性可以實(shí)現(xiàn)頻率靈活的諧振器。波導(dǎo)

對(duì)于一種入射波來(lái)說(shuō)，超表面可以經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)來(lái)使其發(fā)生全反射，這就使俘獲并傳輸電磁能到兩個(gè)超表面之間成為了可能。圖14闡釋了波導(dǎo)的一些現(xiàn)象（與圖7不同的結(jié)構(gòu)使其具有了沿z軸方向傳播的性能）。假定波導(dǎo)方向沿z軸，??k0sin?，對(duì)于TE模型，從方程13可以看出傳輸常量須符合下式以達(dá)到全反射

對(duì)于漏模來(lái)說(shuō)，這個(gè)常量通常很復(fù)雜。如果所選超表面滿足上述標(biāo)準(zhǔn)并且β一定，則x方向的傳輸波數(shù)如下

兩超表面的間距d

其中虛部ne越小越好，需要滿足

和

（后者條件是由于在接近兩個(gè)超表面時(shí)候模型將表現(xiàn)出一種表面波特性，很可能會(huì)增加其衰減）。對(duì)于TM模型類似的方程也在文獻(xiàn)[37]中提出了。

這種波導(dǎo)可以使其變得簡(jiǎn)潔，使用更少的材料，更低的輻射能耗。如果超表面由聚合物組成，則也可以得到一種柔性的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，再加上合適的超薄膜的話，可以實(shí)現(xiàn)柔性低損耗的波導(dǎo)，在THz頻段有著很大的應(yīng)用潛力。這可以用來(lái)設(shè)計(jì)智能可調(diào)頻率靈活的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。超表面上的復(fù)合波和表面波

有著傳統(tǒng)電介質(zhì)片的超表面在適當(dāng)?shù)臈l件下也能支持表面波的傳輸。然而，與傳統(tǒng)介質(zhì)片不同的是，通過(guò)設(shè)計(jì)超薄膜散射體特性，可以同時(shí)產(chǎn)生向前、后的表面波以及復(fù)合波。實(shí)際上，可以通過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)散射體來(lái)使表面被或者復(fù)合波只在指定的頻率出現(xiàn)。在文獻(xiàn)[109]中給出了詳細(xì)的平面波的產(chǎn)生。超表面上線波源的反射系數(shù)的極值是超表面表面特性的函數(shù)。如果這些極值確定，在不同條件下表面?zhèn)鬏敳ǖ膫鬏敵Ａ坑上率浇o出

式中βs在表2中給出，數(shù)據(jù)為電波線源的不同條件，對(duì)于磁波，見文獻(xiàn)[109]。當(dāng)表面磁化率符合其中一個(gè)條件時(shí)，就會(huì)激發(fā)表面波或者復(fù)合波。圖15闡釋了頻率激發(fā)的超表面平面波或者是復(fù)合波。數(shù)據(jù)顯示當(dāng)磁波線源放置在球粒陣列上方時(shí)電場(chǎng)的大小。圖15a展示一種表面波的激發(fā)。圖15b展示復(fù)合波的例子。通過(guò)改變散射體的特性，表面磁化率也隨之改變。由此，從表2中看出，在任何想要的頻率下產(chǎn)生表面波或者復(fù)合波都是理論可行的，同樣也適用于頻率靈活的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。

Figure 15.The magnitude of the E field(on a linear scale)from a magnetic line source placed 45.49mm above an array of spherical particles:(a)f=1.42GHz,one surface wave;and(b)f=1.5GHz,complex mode THz器件

可調(diào)表面可能有利于THz頻段的設(shè)備和構(gòu)成?；旧峡烧{(diào)表面是通過(guò)改變電環(huán)境、電流或者元件環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電環(huán)境 改變時(shí)（通常由散射體內(nèi)半導(dǎo)體引起），這就是混合超材料。THz頻段范圍內(nèi)可調(diào)超表面具有舉足輕重的地位。這主要是由于實(shí)際應(yīng)用中缺乏THz技術(shù)。使用在微波和光子波段的器件，比如開關(guān)和調(diào)節(jié)器，并不能再THz范圍內(nèi)使用。一個(gè)主要的挑戰(zhàn)在于找到在THz波段可調(diào)并有強(qiáng)的響應(yīng)的天然材料。

眾多的實(shí)例證明THz超材料具有這種優(yōu)勢(shì)。THz超材料有利于更高的調(diào)節(jié)能力、簡(jiǎn)單的工藝、低損耗和動(dòng)態(tài)調(diào)控。第一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)控的實(shí)現(xiàn)是利用近紅外激光通過(guò)調(diào)節(jié)超表面基板的電導(dǎo)率來(lái)調(diào)節(jié)諧振響應(yīng)。模型由銅開口環(huán)諧振器和高阻抗砷化鎵基板組成。激光照射之后，砷化鎵帶隙激發(fā)傳導(dǎo)電子，使其具有類金屬性質(zhì)。這就使開口環(huán)諧振器的電容帶隙發(fā)生短路，以此調(diào)節(jié)器基礎(chǔ)諧振功能及改變超表面的宏觀響應(yīng)。這個(gè)觀念可用短載流子壽命的半導(dǎo)體來(lái)展示，它可以實(shí)現(xiàn)極快的調(diào)節(jié)，開關(guān)功能可以在20ps實(shí)現(xiàn)。光控很快被電控所取代。這里，通過(guò)分子束外延生長(zhǎng)出的適度參雜的砷化鎵層，其上排布金開口環(huán)陣列而形成一個(gè)肖特基結(jié)。超材料陣列被歐姆接觸環(huán)繞，以實(shí)現(xiàn)二次電連接。由于參雜的砷化鎵不足引起諧振，在自然狀態(tài)超表面沒有諧振。施加偏壓后，開口環(huán)在接近砷化鎵帶隙區(qū)域形成增大的耗盡區(qū)。這在開口環(huán)區(qū)域形成了一個(gè)絕緣的帶，重置了諧振效應(yīng)，因此改變其宏觀特性。使用這種方法實(shí)現(xiàn)了調(diào)幅和相位調(diào)制，其中一個(gè)根據(jù)是Kramers-Kronig關(guān)系。盡管開口環(huán)諧振器應(yīng)用存在窄帶寬的缺陷，但寬帶的調(diào)制是確實(shí)存在的。這是固態(tài)THz斬波器實(shí)現(xiàn)的起源，其可調(diào)制頻率達(dá)到30kHz，通常THz束受限于1kHz。這實(shí)例形象的闡釋了在室溫下調(diào)制THz波的改進(jìn)。

別的許多THz調(diào)節(jié)器也通過(guò)可調(diào)諧超材料實(shí)現(xiàn)了。這包括頻率可調(diào)超表面，其中諧振頻率可在近紅外波段調(diào)諧。圖16所示為開口環(huán)結(jié)構(gòu)里植入了硅元。其自然狀態(tài)下，硅是絕緣的，因此對(duì)于整個(gè)開口環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)其所增加的電容只有很小的數(shù)值。加入激勵(lì)光，半導(dǎo)體顯示器類金屬性質(zhì)，開口環(huán)電容增加，由此導(dǎo)致諧振頻率降低。其中的創(chuàng)新點(diǎn)是，與以前的調(diào)諧不同，這種不需要損壞開口環(huán)。這既證明了可動(dòng)力調(diào)諧諧振器，也使一種新的頻率調(diào)諧結(jié)構(gòu)成為了可能，這種結(jié)構(gòu)可以使寬帶THz入射波調(diào)制成1/2的頻率窄帶輸出。

可調(diào)THz超表面仍在新應(yīng)用以及新結(jié)構(gòu)上發(fā)展。調(diào)幅也被用在更精細(xì)的應(yīng)用上如空間光調(diào)制和量子激光調(diào)制?？烧{(diào)超材料也可以用另外的方法來(lái)得到，比如MEMS，其中開口環(huán)制作在懸臂上使開口環(huán)可以通過(guò)溫度的改變來(lái)調(diào)節(jié)共振頻率。別的溫度調(diào)節(jié)方法也在研究。有一種是通過(guò)溫度改變半導(dǎo)體載流子濃度，然后可以在THz范圍來(lái)改變其電容率。制作在一個(gè)基板上的超表面可以作為一個(gè)溫度調(diào)控功能的應(yīng)用。其他的方法中，二氧化釩也可以作為其基板。隨著溫度的變化，二氧化釩由金屬向絕緣體轉(zhuǎn)變，特別是其電介質(zhì)特性的變化，由此也引起宏觀超材料共振的變化。有一種有趣的記憶超材料也由這種概念得以發(fā)展。這里，二氧化釩的磁滯特性使電介質(zhì)特性溫度可調(diào)成為現(xiàn)實(shí)。制作在這種基板上面的THz超表面可以得到持久的共振頻率，可以制作成電磁響應(yīng)記憶材料。

近來(lái)的研究，HTz超表面通過(guò)改變諧振器的環(huán)境可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，其實(shí)現(xiàn)是通過(guò)在超表面的表面鍍電介質(zhì)層。這種想法可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)遙感技術(shù)，因?yàn)槌砻嬷C振器鍍電介質(zhì)環(huán)境的改變非常敏感，特別是對(duì)于開口環(huán)帶隙處來(lái)說(shuō)。這種觀念擴(kuò)展到了微波頻率，流體也使用在了可調(diào)表面、生物分子感測(cè)和微波輔助化學(xué)方面。這將會(huì)在后面詳細(xì)的談到?？梢姽獬砻?/p>

提到這部分，我們僅僅談?wù)摰匠砻嬖谏漕l、微波和THz的應(yīng)用。很少有應(yīng)用在可見光波段的超表面。在最近幾年，相對(duì)于射頻和微波頻率，可見光波段的超材料研究具有更大的魅力。在可見光頻率對(duì)材料實(shí)現(xiàn)自由的電磁控制使其可以解釋新的現(xiàn)象包括optical magnetism，負(fù)折射和超透鏡。在可見光頻率，由金和銀的納米結(jié)構(gòu)激發(fā)的等離子諧振器提供了同時(shí)控制超材料的電矩和磁矩的方法。這種結(jié)構(gòu)包括等離子納米結(jié)構(gòu)、球粒、有縫金屬薄膜、金屬漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)和雙層或者單層開口環(huán)諧振器。由于其在可見光頻率的所具有的高吸收特性和等離子材料，可見光超材料與實(shí)際應(yīng)用緊密的連接在一起。同樣的，克服等離子體損耗也被列上日程。這種結(jié)構(gòu)在新的特性和器件方面展示出很強(qiáng)的活力，如可見光調(diào)制頻率選擇表面和受激輻射所產(chǎn)生表面等離子體的應(yīng)用。另一可見光超材料、表面的研究是納米傳輸線。

受限于制作規(guī)模，可見光超材料常常會(huì)單層二維散射體陣列，也就是超表面。很多發(fā)表出來(lái)的關(guān)于可見光超材料的東西也就是期望的可見光超表面。如上述，應(yīng)用體超材料須謹(jǐn)慎，廣義等效面條件為可大范圍的應(yīng)用在可見光方面的二維散射體陣列提供了獨(dú)特的描述。由此，這也是一種描述超表面的更為合適的方法，而不是使用那些適合描述體材料的方法。

盡管大部分所謂的可見光超材料就是超表面，我們也要提及最近的實(shí)現(xiàn)真正3D可見光超材料的研究，其中體特性如介電常數(shù)、磁導(dǎo)率和折射率可以合適的并且唯一的確定。創(chuàng)新的制作技術(shù)如壓條發(fā)及堆垛法可以實(shí)現(xiàn)散射體的空間陣列。例如，有負(fù)折射率材料所制成的棱鏡已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了光的負(fù)折射現(xiàn)象。用于可調(diào)表面、輔助化學(xué)及生物分子傳感器的微流體

超材料和超表面有一個(gè)缺陷，就是在期望的頻率范圍可使用的頻帶很窄。然而，這種缺陷在某種應(yīng)用上也可以變成優(yōu)勢(shì)。有三種這樣的應(yīng)用如流體調(diào)諧表面、微波輔助化學(xué)和生物分子傳感器。

9.1 流體調(diào)諧表面

超材料和超表面的高共振特性為這種結(jié)構(gòu)提供了可調(diào)諧頻率響應(yīng)。擾動(dòng)超表面的電或磁響應(yīng)可以實(shí)時(shí)的實(shí)施，由此可以改變材料的有效響應(yīng)。在第2部分中提到可以通過(guò)改變磁偏場(chǎng)來(lái)改變球粒超表面的磁電介質(zhì)的極化，在第7部分也提到了在THz頻段的應(yīng)用。然而，許多超材料和超表面電磁特性從屬于其金屬的幾何結(jié)構(gòu)。除了其幾何尺寸以外，這種金屬的極化率也受等離子諧振引起的電容或者感應(yīng)特性的影響。電連接諧振器提供了一種直接控制電容響應(yīng)的方法，通過(guò)電帶隙中材料的電特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。一種實(shí)現(xiàn)這種控制的方法是使用不同的液體來(lái)填充縫隙。

圖17所示為一種電場(chǎng)耦合諧振器，所使用是流體調(diào)諧表面來(lái)使其運(yùn)行在S波段（2.6GHz-3.9GHz），其尺寸如下：t=w=0.5mm, d=9.5mm, l=5mm, g=0.15mm.如果單元結(jié)構(gòu)具有合適的導(dǎo)向，則這種單元結(jié)構(gòu)很容易受入射波電場(chǎng)的激發(fā)。

制作在超表面上的單元結(jié)構(gòu)具有以下誘人的特性：a 基于平面工藝，并由微波電路、聚乙烯和微流體管道組成，b 通過(guò)流體管道可以同時(shí)控制電容性縫隙，由此可以允許多種單元結(jié)構(gòu)公用流體管道，c 可以使流體管道直接與單元結(jié)構(gòu)的電容性縫隙接觸，這就有利于縫隙中激發(fā)的電場(chǎng)與流體管道的耦合。

圖18所示為一個(gè)3*6的方向陣列組成的流體調(diào)諧超表面。單元結(jié)構(gòu)的周期是11mm。圖19所示為通過(guò)72 x 34mm S波段的波導(dǎo)激勵(lì)下的仿真響應(yīng)。這個(gè)仿真是使用Ansoft HFSS實(shí)現(xiàn)的。

這種3x6陣列通過(guò)Duroid 6002 高頻壓制成0.017mm厚的銅板覆在0.508mm厚的基板上，可以用來(lái)研究流體調(diào)諧。流體管道由聚合物制成。聚合物管道通過(guò)氰基丙烯酸鹽粘合劑粘貼在超表面上。圖20a展示了一種有聚合物管道并穿過(guò)縫隙的超表面。圖20b展示了由金、玻璃和聚乙烯管道構(gòu)成的另一種結(jié)構(gòu)。

這個(gè)超表面陣列由填充了2/3波導(dǎo)區(qū)域的聚苯乙烯泡沫支撐，被用作超表面的把手可以方便其移動(dòng)，可以更快的填充流體管道。之后波導(dǎo)的輸入和輸出就連接到矢網(wǎng)分析儀上來(lái)校準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)之后，我們測(cè)量了在波導(dǎo)2.6GHz到3.95GHz散射體的參數(shù)。這種方法對(duì)反射系數(shù)測(cè)得的不確定度是?|S11|?0.02。

管道中有沒有流體的測(cè)量可以用來(lái)定義傳輸共振。有著相對(duì)介電常數(shù)為81的去離子水被用來(lái)測(cè)超材料調(diào)節(jié)頻率的能力，在S波段其具有易操作、低揮發(fā)、高介電常數(shù)和低損耗。流體管道使用注射器填充。圖21是實(shí)驗(yàn)中波導(dǎo)下的超表面。

圖22為其實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果證明其在150MHz的調(diào)諧能力。具有代表性的是，在有和沒有流體填充時(shí)其反射發(fā)生了明顯的滑移，從3.75GHz到3.6GHz。對(duì)于圖19的仿真結(jié)果與圖中沒有填充水時(shí)結(jié)果的不一致估計(jì)來(lái)源于工藝錯(cuò)誤。另外，附加的噪聲擾動(dòng)也來(lái)源于工藝的不均性及周期誤差，還有來(lái)源于管道與超表面粘結(jié)出產(chǎn)生的干擾。將來(lái)，工藝方面的進(jìn)展將會(huì)減小這種誤差。

此外，除了這種流體調(diào)諧作用，通過(guò)改變管道中流體而改變共振特性也是一種新的方法。這種方法以及應(yīng)用在了制造業(yè)、工業(yè)、醫(yī)藥和化學(xué)工程。超材料或超表面在感測(cè)和影響的應(yīng)用將會(huì)在后面做更細(xì)的論述。

9.2 微波輔助化學(xué)

處在諧振狀態(tài)的超薄膜可以在單元結(jié)構(gòu)里存儲(chǔ)電磁能。這種特性可以用來(lái)增加電磁場(chǎng)與流體管道中流體之間的相互作用?，F(xiàn)在有很多研究將微波能量來(lái)催化化學(xué)或者生物反應(yīng)，其中有許多是得益于超薄膜來(lái)增加電磁場(chǎng)與流體的相互作用。這里所說(shuō)的超薄膜方法對(duì)于反應(yīng)來(lái)說(shuō)非常重要，這種方法是通過(guò)控制反應(yīng)物的流動(dòng)來(lái)控制其化學(xué)反應(yīng)，流體中的能量可以通過(guò)調(diào)節(jié)電磁波的頻率和能量來(lái)控制。由于超薄膜陣列的諧振頻率可以通過(guò)單元結(jié)構(gòu)的形狀和排列來(lái)調(diào)控，有不同諧振頻率的不同超薄膜可以通過(guò)單一波導(dǎo)的不同頻率來(lái)產(chǎn)生激勵(lì)。上面所說(shuō)的超表面結(jié)構(gòu)可以證明流體調(diào)諧性，也被研究用于集中波導(dǎo)的電磁場(chǎng)。

S頻段波導(dǎo)產(chǎn)生激勵(lì)時(shí)在波導(dǎo)中對(duì)電磁場(chǎng)強(qiáng)度做了仿真。每輸入1W3.29GHz波源，其中所計(jì)算的最大場(chǎng)強(qiáng)是800V/m。將超表面放入同一個(gè)波導(dǎo)中心，最大場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到125000.這就加強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)至少有兩個(gè)量級(jí)，對(duì)于吸收增強(qiáng)了至少四個(gè)量級(jí)。圖23展示了處于單元結(jié)構(gòu)中心的電場(chǎng)結(jié)構(gòu)。

圖23所示電場(chǎng)結(jié)構(gòu)證明了超材料結(jié)構(gòu)在精確傳輸電磁能量方面的能力。上面所說(shuō)的流體調(diào)諧超材料明確的證明了流體管道與組成超表面單元結(jié)構(gòu)縫隙的相互作用。由此可以想象得到這種覆有流體網(wǎng)絡(luò)的超表面通過(guò)流體管道可以用于精確傳輸微波場(chǎng)，這可以用于輔助化學(xué)反應(yīng)。

9.3 生物傳感器應(yīng)用

上面所說(shuō)的流體調(diào)諧超材料可以擴(kuò)展到實(shí)現(xiàn)高的諧振頻率以及小片結(jié)構(gòu)的傳感應(yīng)用。單一單元結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)一種環(huán)形或者網(wǎng)格超材料，這可以制作小巧傳感器以用于醫(yī)藥應(yīng)用，在液體中計(jì)算細(xì)胞數(shù)或者監(jiān)測(cè)反應(yīng)。圖24就是這樣的一種例子。兩個(gè)開口環(huán)連接在一起成一種共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。單元結(jié)構(gòu)縫隙處連接一個(gè)流體管道，用來(lái)調(diào)節(jié)對(duì)單元結(jié)構(gòu)電容的影響。通過(guò)改變管道中液體的電磁特性，可以調(diào)諧共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的傳輸特性。

圖25是這種結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果，流體的相對(duì)介電常數(shù)從81變到58.當(dāng)流體改變時(shí)，反射系數(shù)滑移幾十個(gè)MHz。這種通過(guò)使用一種流體管道來(lái)影響諧振特性的能力使小巧傳感器的實(shí)現(xiàn)成為了可能，這種傳感器可以應(yīng)用于生物傳感比如計(jì)算細(xì)胞數(shù)或者流體的細(xì)節(jié)。未來(lái)或許會(huì)實(shí)現(xiàn)這種類型的傳感，定義電容率的微小變化以及使用儀器計(jì)算微粒。同樣，別的類型的小巧傳感器也將會(huì)繼續(xù)研究，這將對(duì)綜合的傳感器件發(fā)展有莫大好處。現(xiàn)行的研究主要在將這種概念應(yīng)用在流體中測(cè)定和計(jì)算微粒，如白細(xì)胞數(shù)。

結(jié)論

超表面是3D超材料的另一種補(bǔ)充。由于二維超表面的特性可以使其占用更少的物理空間因此可以有更小的損耗。我們指出有效特性模型可以適合于三維超材料，同時(shí)對(duì)于超表面和超薄膜來(lái)說(shuō)，有效表面電、磁極化率會(huì)有更合適的效果，其中這些表面電、磁特性與組成超表面的散射體密切相關(guān)。在這篇文章中我們討論了從微波到可見光波段超表面的不同應(yīng)用。所談及的應(yīng)用只是現(xiàn)實(shí)的小小的小部分。同時(shí)提出了一些超材料可以使用的新的方面，并為超表面在新領(lǐng)域的應(yīng)用打開了希望的大門。這里提及的分析工具使我們可以在新的應(yīng)用中對(duì)建模、分析和生產(chǎn)有了可用之法。

那么什么是一維超材料呢？二維超表面的概念可以延伸到一維，僅僅使用線性單元而不是方形或者其他形狀，也就是說(shuō)僅僅使用一種單一的亞波長(zhǎng)諧振結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的效果。實(shí)際上，這種概念已經(jīng)有了一些新的應(yīng)用。具有代表性的應(yīng)用是一種使用單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的電力小巧天線。在這個(gè)天線應(yīng)用中，單元結(jié)構(gòu)充當(dāng)天線的輻射元件的一個(gè)寄生元件，可以用來(lái)將電力小巧輻射單元與傳輸線和自由空間。納米微粒同樣用于所謂的調(diào)諧可見光納米天線。另一個(gè)例子是將一維單元結(jié)構(gòu)用作平面?zhèn)鬏斁€的調(diào)諧結(jié)構(gòu)，就像圖24所示的傳感器一樣。另一種新興的應(yīng)用領(lǐng)域是將一種一維納米微粒鏈用作波導(dǎo)來(lái)支持表面波。

然而更多的工作需要繼續(xù)來(lái)加強(qiáng)對(duì)超材料和超表面的理解、分析、設(shè)計(jì)以及制作技術(shù)，我們看到近些年超材料和超表面的發(fā)展帶我們走近了一百多年前Lamb,Schuster,Pocklington所作出的預(yù)言。這些材料發(fā)展永遠(yuǎn)的改變了射頻、微波、可見光和光子在未來(lái)的應(yīng)用。

第四篇：triz論文心得

Triz理論在科研中的創(chuàng)新及應(yīng)用

-----------結(jié)合生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)

1.TRIZ的誕生背景以及發(fā)展歷程

TRIZ是俄文中發(fā)明問(wèn)題解決理論的詞頭。該理論是前蘇聯(lián)G S Altshuler及其領(lǐng)導(dǎo)的一批研究人員,自1946年開始 ,花費(fèi)1500個(gè)人年的時(shí)間 ,在分析研究世界各國(guó)250萬(wàn)件專利的基礎(chǔ)上,所提出的發(fā)明問(wèn)題解決理論。80年代中期前 ,該理論對(duì)其它國(guó)家保密,80年代中期,隨一批科學(xué)家移居美國(guó)等西方國(guó)家 ,逐漸把該理論介紹給世界產(chǎn)品開發(fā)領(lǐng)域,對(duì)該領(lǐng)域已產(chǎn)生了重要的影響。G S Alt shuler開始就堅(jiān)信發(fā)明問(wèn)題的基本原理是客觀存在的 ,這些原理不僅能被確認(rèn),也能被整理而形成一種理論,掌握該理論的人不僅提高發(fā)明的成功率、縮短發(fā)明的周期,也使發(fā)明問(wèn)題具有可預(yù)見性。（@發(fā)明問(wèn)題解決理論: TRIZ— — —TRIZ過(guò)程、工具及發(fā)展趨勢(shì)，檀潤(rùn)華）

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái),TRIZ的發(fā)展和傳播處于加速狀態(tài),研究TRIZ的學(xué)術(shù)組織和商業(yè)公司不斷增多,學(xué)術(shù)會(huì)議也頻頻召開,TRIZ正處于發(fā)展的黃金時(shí)期。目前,TRIZ正從產(chǎn)品開發(fā)等傳統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域向企業(yè)管理,政治,教育,等非技術(shù)領(lǐng)域急速擴(kuò)展。到現(xiàn)在為止，西方發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)成立了一些TRIZ協(xié)會(huì)等以解決工業(yè)上的難題為目的發(fā)展這一理論并且取得了不錯(cuò)的成績(jī)。我國(guó)也在2007年開始重視該理論的生產(chǎn)應(yīng)用。至今已經(jīng)舉行了兩次海峽兩岸TRIZ論壇。越來(lái)越多的專家學(xué)者開始加入到TRIZ理論的研究中來(lái)。

2.TRIZ的概念及構(gòu)成

TRIZ是專門研究創(chuàng)新和概念設(shè)計(jì)的理論，已經(jīng)建立一系列的普適性工具幫助設(shè)計(jì)者盡快獲得滿意的領(lǐng)域解。它將產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心—產(chǎn)生新的工作原理過(guò)程具體化，并提出了規(guī)則、算法與發(fā)明原理供設(shè)計(jì)人員使用，它已成為一種較完善的創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論。其主要研究的內(nèi)容是產(chǎn)品進(jìn)化理論、分析、沖突解決原理、物質(zhì)一場(chǎng)分析、效應(yīng)以及ARIz等幾個(gè)方面。分析是TRlZ中解決問(wèn)題的一個(gè)重要階段，包括產(chǎn)品的功能分析、理想解的確定、可用資源分析和沖突區(qū)域的確定。在很多設(shè)計(jì)過(guò)程中，理想解的正確提出將得出問(wèn)題的解。

現(xiàn)在研究TRIZ的學(xué)者在論文中闡述表示：TRIZ在當(dāng)今的學(xué)習(xí)過(guò)程中一般來(lái)講分成兩個(gè)不同的時(shí)間段和名稱研究：古典TRIZ理論和現(xiàn)代TRIZ理論。

a)古典TRIZ理論

阿奇蘇勒總結(jié)的古典TRIZ理論認(rèn)為，許多的發(fā)明創(chuàng)造是由其他領(lǐng)域的創(chuàng)新成果應(yīng)用于新領(lǐng)域所取得的。不同技術(shù)領(lǐng)域有著相同理論模型的問(wèn)題,往往解決方案類似,而且解決方案具有可傳遞性。這說(shuō)明,我們遇到的大多數(shù)問(wèn)題都存在已知的解決方案。那么對(duì)于已知方法的總結(jié)與再實(shí)現(xiàn)就顯得尤為重要。由此，阿奇蘇勒總結(jié)了古典TRIZ的四大理論基礎(chǔ)：創(chuàng)新問(wèn)題定義,創(chuàng)新模式,創(chuàng)新等級(jí)劃分和技術(shù)系統(tǒng)演化模式。

與阿奇蘇勒的觀點(diǎn)類似，著名的TRIZ專家Savransky博士認(rèn)為,矛盾,演化,資源和理想度概念是TRIZ理論的基石。演化主要指技術(shù)系統(tǒng)的演化模式,即技術(shù)系統(tǒng)一直處于進(jìn)化之中并遵循固有規(guī)律。（南京理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 丁俊武 韓玉啟南京大學(xué)商學(xué)院 鄭稱德）對(duì)于以上古典TRIZ理論的解決方法，今人概括成以下幾種：矛盾矩陣與創(chuàng)新原理、)物質(zhì)場(chǎng)分析模型和76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解、創(chuàng)新問(wèn)題解決算法、科學(xué)和技術(shù)知識(shí)效應(yīng)庫(kù)。這些系統(tǒng)分析方法的建立都是TRIZ研究學(xué)者通過(guò)總結(jié)大量的實(shí)驗(yàn)、專利、自然效率、數(shù)學(xué)公式的基礎(chǔ)上

建立的理論分析庫(kù)。當(dāng)我們?cè)俅问褂肨RIZ分析解決問(wèn)題的時(shí)候，在整個(gè)的這些“庫(kù)”中，我們即可以抽象出許多與“庫(kù)”中類似的事例，包括：矛盾、物質(zhì)存在場(chǎng)、自然科學(xué)原理等。一個(gè)人無(wú)法掌握自然界的所有規(guī)律，那么通過(guò)這樣的數(shù)據(jù)庫(kù)，我們分析出待解決問(wèn)題所處在的領(lǐng)域和場(chǎng)效應(yīng)，即可對(duì)照相應(yīng)原理獲得啟發(fā)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。

b）現(xiàn)在TRIZ理論

古典TRIZ誕生于前蘇聯(lián)計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代,缺乏成熟商業(yè)實(shí)踐,本身有很多不足和缺陷。正是由于古典TRIZ理論有著許多的缺陷和不完善，在現(xiàn)在研究TRIZ的學(xué)者中，大家逐漸修正TRIZ理論，把時(shí)代的發(fā)展精髓融入到古典TRIZ理論中，讓TRIZ理論與時(shí)俱進(jìn)服務(wù)于當(dāng)今社會(huì)。一般而言，從一下兩個(gè)方面進(jìn)行完善：一是完善理論體系,增加系統(tǒng)嚴(yán)謹(jǐn)性。二是針對(duì)矛盾矩陣和物質(zhì)場(chǎng)模型等主要理論工具進(jìn)行改進(jìn)。

3.應(yīng)用TRIZ理論所進(jìn)行的傳統(tǒng)案例分析

4.TRIZ理論在所學(xué)專業(yè)-----生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的應(yīng)用可行性探討

生物醫(yī)學(xué)工程是一門新興專業(yè)，我校的生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)偏重于生物材料領(lǐng)域的研究和創(chuàng)新，并且在黃楠教授的帶領(lǐng)下，完成了許多國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)的成果產(chǎn)業(yè)化以及若干個(gè)發(fā)明專利。對(duì)于我們本科生，在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，課題組老師也同樣注重培養(yǎng)我們的科研創(chuàng)新意識(shí)，那么在學(xué)完TRIZ理論之后，我便反問(wèn)自己：究竟在科研領(lǐng)域我們的TRIZ理論讓能發(fā)揮它強(qiáng)大的創(chuàng)新力嗎？通過(guò)我結(jié)合專業(yè)知識(shí)和

TRIZ理論的學(xué)習(xí)，我想把我所認(rèn)識(shí)的生物材料的發(fā)展和創(chuàng)新與TRIZ的部分理論結(jié)合起來(lái)。

TRIZ理論首先是在為生產(chǎn)過(guò)程中解決某些實(shí)際問(wèn)題所誕生的一些方法的總結(jié)。越來(lái)越多的人把這一理論應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及外包裝上。我認(rèn)為這是非?？上У摹?guó)家的發(fā)展需要的更多是科技領(lǐng)域，尤其是國(guó)防醫(yī)療核物理等高精尖領(lǐng)域的發(fā)展。那么應(yīng)用TRIZ理論解決提高我國(guó)國(guó)力的現(xiàn)狀就是國(guó)內(nèi)TRIZ學(xué)家的終極目標(biāo)。

在生物材料----醫(yī)療器械領(lǐng)域。我們與日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的差距至少在50年左右。而很多技術(shù)手段都被他們?cè)?0年代左右申請(qǐng)了專利導(dǎo)致我們現(xiàn)在在應(yīng)用他們技術(shù)的時(shí)候有著諸多不便。那么應(yīng)用TRIZ理論，建立某個(gè)領(lǐng)域內(nèi)部的TRIZ信息網(wǎng)也許可以總結(jié)解釋影響人類健康的重大問(wèn)題的癥結(jié)。

90年代，有人研究證實(shí)了羥基磷灰石與生物體有著很好的相容性----即植入人體內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生免疫反應(yīng)。但是經(jīng)過(guò)了臨床實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)此種材料的脆性較差，遇到?jīng)_擊容易斷裂。于是人們想辦法在羥基磷灰石內(nèi)部摻雜另一種有著良好脆性的金屬材料（可能當(dāng)時(shí)人類也是運(yùn)用了TRIZ理論中復(fù)合材料原理）。但是經(jīng)過(guò)臨床的再次試驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)摻雜之后的材料又喪失了原來(lái)其生物相容性好的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)椴牧系膬?nèi)部發(fā)生了徹底的改變。那么隨著科技的進(jìn)步，人類逐漸掌握了新的材料制備方法————先進(jìn)鍍膜技術(shù)：既不摻雜，又不改變本體材料的生物相容性。而是把希望具有的性能以對(duì)本體材料不產(chǎn)生影響的前提下進(jìn)行材料的表面改性，由此獲得了巨大成功。投產(chǎn)以來(lái)也對(duì)廣大的患者帶來(lái)了福音。不得不說(shuō)這是一種TRIZ理論所反應(yīng)出來(lái)的巨大效益。（不過(guò)本人不確定發(fā)明者是否運(yùn)用TRIZ理論，只能說(shuō)我從TRIZ理論能說(shuō)得通）TRIZ理論在解決很多實(shí)際問(wèn)題時(shí)堅(jiān)決摒棄“折中”思路。而是從矛盾分析的角度看待整個(gè)物質(zhì)—場(chǎng)。后來(lái)的表面改性材料即沒有放棄本體材料，也沒有通過(guò)摻雜獲得兩個(gè)優(yōu)勢(shì)折中的發(fā)案，而是利用新的方法把另一種需要的物質(zhì)巧妙的固定在了本體上。在保留本體優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，自身的優(yōu)勢(shì)又彌補(bǔ)的本體所欠缺的功能。另外隨著納米技術(shù)的發(fā)展，又有人提出在羥基磷灰石體內(nèi)摻雜碳納米管材料。這種新型的納米材料同樣具有不破壞本體材料的特點(diǎn)，又沒有通過(guò)前者鍍膜的解決方式，而是在新的領(lǐng)域研發(fā)出新的可以植入材料中又不影響本體的材料

由此獲得巨大成功。我想，雖然這些科研工作者也許沒有考慮用到TRIZ理論指導(dǎo)科研實(shí)踐，但是他們所作出的結(jié)果都是TRIZ系統(tǒng)庫(kù)中可以找到先例的科研創(chuàng)新手段。所以除了在設(shè)計(jì)領(lǐng)域的企業(yè)員工掌握TRIZ理論外，更有必要再高校中在科研學(xué)者中發(fā)起學(xué)習(xí)TRIZ理論的熱潮，減少我們?cè)诳蒲蓄I(lǐng)域所走的彎路，省時(shí)高效的完成我們的科研項(xiàng)目，這樣我們才能盡快趕上發(fā)達(dá)國(guó)家，讓我國(guó)的落后領(lǐng)域迎頭趕上。

最近一直在做老師這邊的科研項(xiàng)目，在與老師的討論中我也獲得了許多啟發(fā)，并且了解了我們?cè)谥苽洳牧戏矫娴木窒扌?。例如我們希望羧基（一種化學(xué)鍵和形式）盡可能多的連接到材料表面上，但是如果連接的越多整個(gè)材料的穩(wěn)定性就不如原來(lái)理想，所以暫時(shí)只能通過(guò)調(diào)節(jié)一些參數(shù)使羧基的植入量與穩(wěn)定性之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)。但是這種折中的辦法難免會(huì)令人失望，通過(guò)TRIZ理論我堅(jiān)信有一種科技手段可以在材料表面植入大量羧基并且不會(huì)影響基體的穩(wěn)定性，不過(guò)知道老師也暫時(shí)沒有研究出來(lái)，我也竭盡TRIZ原理考慮這種想法的可實(shí)現(xiàn)性包括了引入新的場(chǎng)或者是說(shuō)運(yùn)用“蘿卜-白菜”事例解決，可是都不理想。但是在TRIZ理論的指導(dǎo)下，我們會(huì)向著成功的方面發(fā)展，如果所有的科研老師都能在實(shí)踐中每一步都考慮一下TRIZ理論，提高我們的理想度，那么我們國(guó)家可以把事情處理的最好。

另外在科研領(lǐng)域運(yùn)用TRIZ理論的同時(shí)，我曾經(jīng)想到在處理國(guó)際關(guān)系時(shí)TRIZ理論也會(huì)發(fā)揮他們得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，把矛盾減少到最低，甚至沒有。那么找到或者發(fā)明一種雙方互惠的方案。這就是我們常說(shuō)的“雙贏”的智慧吧。

所以我國(guó)學(xué)術(shù)界應(yīng)加強(qiáng)TRIZ理論的研究 ,不僅要跟蹤其研究前沿 ,也要結(jié)合國(guó)內(nèi)的實(shí)際有所創(chuàng)新。同時(shí) ,學(xué)術(shù)界還應(yīng)盡快將該理論介紹給工業(yè)界,實(shí)現(xiàn)科研和產(chǎn)業(yè)合并對(duì)溝。因TRIZ是在對(duì)專利進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上總結(jié)出來(lái)的 ,微觀算法很容易操作 ,形成了容易被掌握的發(fā)明問(wèn)題解決理論 ,如能在我國(guó)工礦企業(yè)推廣應(yīng)用 ,必將加強(qiáng)我國(guó)企業(yè)是技術(shù)創(chuàng)新的主體地位 ,推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新 ,提高企業(yè)在世界市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。

第五篇：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)教學(xué)應(yīng)用論文：云計(jì)算理論及技術(shù)在高校的應(yīng)用研究

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)教學(xué)應(yīng)用論文：云計(jì)算理論及技術(shù)在高校的應(yīng)用研究

[摘要]云計(jì)算借助互聯(lián)網(wǎng)的龐大資源體系,以一種全新的計(jì)算模式向用戶提供服務(wù)。云計(jì)算以其安全可靠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和強(qiáng)大的計(jì)算能力,必將對(duì)高等教育的信息化建設(shè)產(chǎn)生積極的影響。

[關(guān)鍵詞]云計(jì)算 信息化 高校

一、云計(jì)算簡(jiǎn)介

1.云計(jì)算的定義

云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的超級(jí)計(jì)算模式。它將計(jì)算任務(wù)分布在大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上,使各種應(yīng)用系統(tǒng)能夠根據(jù)需要獲取計(jì)算力、存儲(chǔ)空間和各種軟件服務(wù)。云計(jì)算實(shí)質(zhì)上是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)應(yīng)用和服務(wù),而這些應(yīng)用或者服務(wù)通常不是運(yùn)行在自己的服務(wù)器上,而是由第三方提供。它的目標(biāo)是把一切都拿到網(wǎng)絡(luò)上,云就是網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)。云計(jì)算依靠強(qiáng)大的計(jì)算能力,使得成千上萬(wàn)的終端用戶不擔(dān)心所使用的計(jì)算技術(shù)和接入的方式等,都能夠進(jìn)行有效的依靠網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)的硬件平臺(tái)的計(jì)算能力來(lái)實(shí)施多種應(yīng)用。云計(jì)算的新穎之處在于它幾乎可以提供無(wú)限的廉價(jià)存儲(chǔ)和計(jì)算能力。

基于云計(jì)算的原理和其固有的特點(diǎn),云計(jì)算比其它新技術(shù)更容易進(jìn)入高校。云計(jì)算對(duì)用戶端的設(shè)備要求很低,這一特點(diǎn)決定云計(jì)算將會(huì)在學(xué)校大受歡迎。

2.云計(jì)算的特點(diǎn)

(1)服務(wù)提供的多元性

云就是龐大的計(jì)算機(jī)群,具備極高的計(jì)算、存儲(chǔ)能力,能夠完成單機(jī)所完不成的海量計(jì)算、存儲(chǔ)等工作。云將調(diào)用云中的計(jì)算機(jī)群,使用基于海量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來(lái)搜索網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)庫(kù)資源,并運(yùn)用各種方法為用戶反饋出盡可能詳盡、準(zhǔn)確的結(jié)果,極大的擴(kuò)展了而不是傳統(tǒng)意義上的基于某個(gè)具體服務(wù)器為用戶提供相應(yīng)服務(wù)的工作模式;同時(shí)云中的計(jì)算機(jī)可以通過(guò)相應(yīng)技術(shù)保持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)信息的及時(shí)更新,用以保證用戶服務(wù)的快速、準(zhǔn)確。

(2)使用的便捷性

在云計(jì)算模式中所有應(yīng)用和服務(wù)請(qǐng)求的數(shù)據(jù)資源均存儲(chǔ)在云中,用戶可以在任意場(chǎng)合、時(shí)間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入云平臺(tái),使用統(tǒng)一的云服務(wù),按照自身的需求獲取所需信息,并可以實(shí)現(xiàn)不同終端、設(shè)備間的數(shù)據(jù)與應(yīng)用共享,為工作帶來(lái)極大的便利和效率。

(3)服務(wù)的安全性

分布式系統(tǒng)具有高度容錯(cuò)機(jī)制,云計(jì)算作為分布式處理技術(shù)的發(fā)展,依托據(jù)存儲(chǔ)中心可以實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格、有效的控制、配置與管理,具有更好的可靠性、安全性和連接性能,同時(shí)高度集中化的數(shù)據(jù)管理、嚴(yán)格的權(quán)限管理策略可以讓用戶避免數(shù)據(jù)丟失、病毒入侵等麻煩。

(4)用戶端設(shè)備成本低廉

由于云計(jì)算模式下大量的計(jì)算及存儲(chǔ)工作都被放到了網(wǎng)絡(luò)上,作為個(gè)人的用戶端就完全可以簡(jiǎn)化到只有一個(gè)瀏覽器了。云計(jì)算模式中

用戶只需通過(guò)網(wǎng)絡(luò)使用服務(wù)商所提供的相關(guān)服務(wù),并按實(shí)際使用情況付費(fèi),具體的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件配置、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)開支和服務(wù)器系統(tǒng)軟、硬件升級(jí)都由云服務(wù)提供商來(lái)完成。云計(jì)算的端設(shè)備和現(xiàn)在的PC機(jī)相比,云計(jì)算終端功耗低,成本低廉,終端用戶使用簡(jiǎn)單,維護(hù)方便。

二、云計(jì)算為高校教育信息化建設(shè)提供新的思路

1.云計(jì)算能大大節(jié)約信息化的資金投入

目前的高校信息化建設(shè)中成本主要來(lái)源于軟硬件的購(gòu)置、日常維護(hù)及設(shè)備更新等,如果將這些建立在云計(jì)算和服務(wù)的基礎(chǔ)之上,將大大減少資金投入。其一,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)的基礎(chǔ)平臺(tái)將是云服務(wù)提供商提供的跨平臺(tái)、運(yùn)算能力強(qiáng)大、資源豐富的統(tǒng)一的通用信息平臺(tái),無(wú)需購(gòu)買本地服務(wù)器,僅需投入少數(shù)管理終端及云接入設(shè)備即可;其二,所有的服務(wù)提供均由云端提供,無(wú)需為保證服務(wù)器運(yùn)行的可靠性、保證存儲(chǔ)在服務(wù)器中的數(shù)據(jù)資源的安全以及避免因網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)異常導(dǎo)致服務(wù)器癱瘓而對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器響應(yīng)及接入數(shù)量等進(jìn)行限制,因此原來(lái)維護(hù)、升級(jí)等工作幾乎降至最低,管理成本也相應(yīng)可以大大降低。

2.真正實(shí)現(xiàn)資源整合,建立統(tǒng)一的資源平臺(tái)

將高校信息化建立在云計(jì)算和服務(wù)的基礎(chǔ)之上,將繁重的網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)建設(shè)、服務(wù)器的配備、課程資源的存儲(chǔ)與管理等工作交給云服務(wù)提供商,那么現(xiàn)有分散的、自成一體、本地化的網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)將轉(zhuǎn)變成為一個(gè)與具體網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)無(wú)

關(guān)的強(qiáng)大的統(tǒng)一的通用信息平臺(tái),在這個(gè)平臺(tái)上以成千上萬(wàn)的云服務(wù)器為依托,擁有著極其強(qiáng)大的計(jì)算功能、海量的網(wǎng)絡(luò)資源,現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)中存在的軟、硬件資源重復(fù)投入、虛擬化教學(xué)設(shè)備運(yùn)行能力支持等問(wèn)題將迎刃而解。

3.云計(jì)算的應(yīng)用能夠保證高校師生的信息安全

校園網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)病毒的防控一直是一個(gè)十分棘手的問(wèn)題,尤其在多媒體教室及計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室。一臺(tái)機(jī)器中毒,很快就會(huì)傳遍所有機(jī)器。殺毒軟件授權(quán)使用費(fèi)用對(duì)高校來(lái)說(shuō)也是一筆不小的開支,但對(duì)病毒仍不能有效的防控。而在云計(jì)算環(huán)境下,云計(jì)算提供商擁有先進(jìn)技術(shù)和專業(yè)團(tuán)隊(duì)來(lái)負(fù)責(zé)這些資源的安全維護(hù)工作,師生們只需通過(guò)網(wǎng)絡(luò),就能訪問(wèn)自己的數(shù)據(jù)。本地不再存儲(chǔ)任何數(shù)據(jù),因而不用擔(dān)心病毒入侵造成的破壞。所以,云計(jì)算在高校的應(yīng)用既省去了高校在信息安全方面的開支,又確保了高校師生的信息安全。

三、結(jié)束語(yǔ)

云計(jì)算能為高校信息化提供所需的基礎(chǔ)設(shè)施和軟件環(huán)境,幫助高校擺脫資金不足、專業(yè)技術(shù)人員匱乏等各種困擾,其在高校教學(xué)、科研中的應(yīng)用前景十分廣闊。云計(jì)算的發(fā)展趨勢(shì)已經(jīng)呈現(xiàn),一定會(huì)為高校的教學(xué)質(zhì)量、科研水平等方面的提升貢獻(xiàn)出自己的力量。信息技術(shù)已經(jīng)從計(jì)算機(jī)時(shí)代走向互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,教育信息化也將從以計(jì)算機(jī)輔助教育應(yīng)用為中心走向以數(shù)據(jù)、計(jì)算和服務(wù)為中心。云計(jì)算為這種轉(zhuǎn)變提供了機(jī)會(huì)和技術(shù)實(shí)現(xiàn),并使之成為可能,為高等學(xué)校教育信息化的發(fā)

展和建設(shè)提供了新的模式。