向超系統(tǒng)進(jìn)化法則在表面等離激元學(xué)研究中的應(yīng)用2015年11月30日

1、向超系統(tǒng)進(jìn)化趨勢及其在表面等離激元學(xué)研究中的應(yīng)用張中月個人介紹張中月 教授、博士生導(dǎo)師、MATRIZ三級 陜西師范大學(xué) 物理學(xué)與信息技術(shù)學(xué)院研究方向： 微納光學(xué)與光子學(xué)、TRIZ在微納光學(xué)與光子學(xué)研究中的應(yīng)用進(jìn)化法則層次結(jié)構(gòu)進(jìn)化法則層次結(jié)構(gòu)S曲線進(jìn)化趨勢提高理想度法則向超系統(tǒng)進(jìn)化法則系統(tǒng)完備性法則增加裁剪度趨勢法則流增強(qiáng)進(jìn)化法則子系統(tǒng)的不均衡進(jìn)化法則系統(tǒng)協(xié)調(diào)性進(jìn)化法則減少人工介入的進(jìn)化法則可控性進(jìn)化法則動態(tài)性進(jìn)化法則系統(tǒng)、超系統(tǒng) 系統(tǒng)：系統(tǒng)：設(shè)計用于執(zhí)行一定功能。一般來說，它指的是我們整體的研究對象。 超系統(tǒng)：超系統(tǒng)：包含被分析的系統(tǒng)的系統(tǒng)。在超系統(tǒng)中，我們所要分析的系統(tǒng)只是其中的一個組件。組

2、成超系統(tǒng)的組件，就是超系統(tǒng)組件。系統(tǒng)系統(tǒng)超系統(tǒng)組件超系統(tǒng)組件子系統(tǒng)子系統(tǒng)向超系統(tǒng)進(jìn)化法則 定義：隨著工程系統(tǒng)進(jìn)化，它逐漸與超系統(tǒng)的組件集成。當(dāng)前研究系統(tǒng)：桌子；超系統(tǒng)組件：椅子；進(jìn)化：桌子集成了椅子。當(dāng)前研究系統(tǒng)：桌子；超系統(tǒng)組件：椅子；進(jìn)化：桌子集成了椅子。向超系統(tǒng)進(jìn)化法則鉛筆鉛筆雙色鉛筆雙色鉛筆系統(tǒng)：鉛筆功能：涂覆染料超系統(tǒng)組件：另外一色鉛筆功能：涂覆不同染料（參數(shù)差異）系統(tǒng)：鉛筆功能：涂覆染料超系統(tǒng)組件：橡皮功能：移除染料（功能差異）1. 參數(shù)差異化增加的趨勢（主要功能相同）2. 主要功能差異化增加的趨勢（主要功能不同）3. 集成水平深度增加的趨勢4. 集成數(shù)量增加的趨勢向超系統(tǒng)進(jìn)化法則

3、的子趨勢向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢 子趨勢1-超系統(tǒng)與原工程系統(tǒng)的參數(shù)差異化增加的趨勢集成超系統(tǒng)類型同質(zhì)性系統(tǒng)與原工程系統(tǒng)相比至少一項參數(shù)的差異競爭性系統(tǒng)（不同的系統(tǒng)，具有類似的主要功能）向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢 子趨勢1-集成超系統(tǒng)與原工程系統(tǒng)的參數(shù)差異化增加的趨勢例：船帆的演化向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢前后帆同質(zhì)性系統(tǒng)前后帆+橫帆多參數(shù)系統(tǒng)帆+蒸汽機(jī)競爭性系統(tǒng) 子趨勢子趨勢2-超系統(tǒng)與原工程系統(tǒng)的主要功能超系統(tǒng)與原工程系統(tǒng)的主要功能差異化增加的趨勢差異化增加的趨勢集成系統(tǒng)類型集成系統(tǒng)類型聯(lián)合工程系統(tǒng)異類工程系統(tǒng)相反的工程系統(tǒng)向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨

4、勢向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢 子趨勢子趨勢2-超系統(tǒng)與原工程系統(tǒng)的主要功能超系統(tǒng)與原工程系統(tǒng)的主要功能差異化增加的趨勢差異化增加的趨勢 聯(lián)合工程系統(tǒng)是什么？聯(lián)合工程系統(tǒng)是什么？工程系統(tǒng)與超系統(tǒng)具有相同的主要功能對象工程系統(tǒng)與超系統(tǒng)具有相同的主要功能對象例：平底鍋（烹飪食物）例：平底鍋（烹飪食物） 和烤架（加熱食物）和烤架（加熱食物）如果工程系統(tǒng)在同一過程之中如果工程系統(tǒng)在同一過程之中例：攝影機(jī)和膠卷例：攝影機(jī)和膠卷工程系統(tǒng)具有相同的應(yīng)用環(huán)境工程系統(tǒng)具有相同的應(yīng)用環(huán)境例：帳篷和火爐例：帳篷和火爐向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢子趨勢2-主要功能差異化增加 系統(tǒng)都屬于同一過程的一部分

5、例：護(hù)發(fā)產(chǎn)品向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢洗發(fā)水護(hù)發(fā)素洗發(fā)水+護(hù)發(fā)素+=聯(lián)合工程系統(tǒng)子趨勢2-主要功能差異化增加 工程系統(tǒng)具有相同的應(yīng)用環(huán)境例：家用工具向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢=瑞士軍刀聯(lián)合工程系統(tǒng)子趨勢2-主要功能差異化增加 異類系統(tǒng)的集成整合（主要功能不同，但共享資源）實例：向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢種植水稻+養(yǎng)魚交通+廣告子趨勢2-超系統(tǒng)與原工程系統(tǒng)的主要功能差異化增加的趨勢整合相反的工程系統(tǒng)（主要功能相反）實例：向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢燈泡和燈罩錘子和起子鉛筆和橡皮 子趨勢子趨勢3-更深度集成更深度

6、集成實例：手表向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢非關(guān)聯(lián)手表+羅盤手表和羅盤的集成部分剪裁帶有羅盤功能的手表徹底剪裁 子趨勢子趨勢4-增加的集成的系統(tǒng)數(shù)增加的集成的系統(tǒng)數(shù)集成系統(tǒng)的類型集成系統(tǒng)的類型單系統(tǒng)雙系統(tǒng)多系統(tǒng)向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢 子趨勢4-增加的集成的系統(tǒng)數(shù)實例：電視向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢 Television TV+VCR TV+VCR+DVD 單系統(tǒng) 雙系統(tǒng) 多系統(tǒng) 子趨勢4-增加的集成的系統(tǒng)數(shù)例如：辦公設(shè)備向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢向超系統(tǒng)進(jìn)化法則的子趨勢打印機(jī)掃描儀復(fù)印機(jī)傳真集成系統(tǒng) 參數(shù)差異化增加 功能差異化增加

7、 水平深度增加 集成數(shù)量增加向超系統(tǒng)進(jìn)化法則子趨勢回顧向超系統(tǒng)進(jìn)化法則子趨勢回顧向超系統(tǒng)進(jìn)化法則小結(jié)向超系統(tǒng)進(jìn)化法則小結(jié) 驅(qū)動力：工程系統(tǒng)內(nèi)的可用資源耗盡時，它需要新的資源繼續(xù)進(jìn)化（通過增加功能性和/或降低成本，提升系統(tǒng)的理想度）；由于超系統(tǒng)元素提供了一系列豐富的資源，工程系統(tǒng)通過集成超系統(tǒng)組件獲得資源； 和其它技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則一樣，是方案模型的基礎(chǔ)。表面等離激元學(xué)表面等離激元學(xué) 球形粒子散射：Mie Theory （1905） MATLAB Functions for Mie Scattering and Absorption, Thesis 周期性結(jié)構(gòu)層：Effective Medium

8、Theory J. Phys. D: Appl. Phys. 28 (1995) 2578表面等離激元學(xué)表面等離激元學(xué) 數(shù)值算法開啟了不規(guī)則形狀納米結(jié)構(gòu)光散射特性研究的大門 離散偶極子近似離散偶極子近似 傳輸矩陣算法傳輸矩陣算法 有限元算法有限元算法 時域有限差分算法時域有限差分算法 多極子展開多極子展開 -組件（系統(tǒng)）參數(shù)發(fā)生差異組件（系統(tǒng)）參數(shù)發(fā)生差異J. Phys. Chem. B 2003,107, 668J. Phys. Chem. B 2005,109, 20331J. Phys. Chem. B 2005,109, 23373組件（系統(tǒng)）參數(shù)發(fā)生差異組件（系統(tǒng)）參數(shù)發(fā)生差異Opt

9、 Express 2000,6, 213PRL 2003,90, 057401組件（系統(tǒng)）參數(shù)發(fā)生差異組件（系統(tǒng)）參數(shù)發(fā)生差異組件（系統(tǒng)）參數(shù)發(fā)生重大差異組件（系統(tǒng)）參數(shù)發(fā)生重大差異J. Chem. Phys. 2005,123, 114713J. Phys. Chem. B 2006, 110, 2150APL 2000, 77, 3379還有PRB 2005, 71, 045430組件（系統(tǒng)）參數(shù)發(fā)生重大差異組件（系統(tǒng)）參數(shù)發(fā)生重大差異Nano Lett. 2006,6, 683Nano Lett. 2007,7, 729包覆結(jié)構(gòu)-相同組件集成（同質(zhì)系統(tǒng)）相同組件集成（同質(zhì)系統(tǒng)）J. Ch

10、em. Phys. 1999,111, 1195J. Phys. Chem. B 2003,107, 7343Nano Lett. 2007,7, 318PCCP2006,8 3520Nano Lett. 2003,8, 1087相同組件集成（同質(zhì)系統(tǒng)）相同組件集成（同質(zhì)系統(tǒng)）Nature 2003,425, 488Adv Matter 2004,19, 1686OE 2001,8, 655Nano Lett 2004不同參數(shù)的組件集成不同參數(shù)的組件集成PCCP2006,8 3520JPCB 2003,107 668APL 2006,88 063118集成水平深度不斷增加集成水平深度不斷增加法諾共振Nano Lett. 2011,11 2835Nano Lett. 2011,11 1657集成深度不斷增加集成深度不斷增加寬頻吸收Nature 2012OE 2014Nanoscale 2013集成數(shù)量不斷增加集成數(shù)量不斷增加寬頻吸收ACS Nano 2014Scienti