科研思維方法

科研思維方法課件第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日只有躺在墓地的人才沒有任何問題，所以沒有問題往往就是最大的問題。如果你某一天發(fā)現(xiàn)自己沒有任何問題了，那也就說明你真的離墓地不遠(yuǎn)了。有問題并不可怕，可怕的是沒有解決問題的信心和勇氣?？蒲械哪繕?biāo)正是要解決人類在認(rèn)識(shí)和改造自然的過程中所遇到的問題。第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日

超高致密度ZAO陶瓷靶材

的制備與研究第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日課題相關(guān)背景介紹ZAO（ZnO摻雜Al2O3）是一種透明導(dǎo)電氧化物材料（簡(jiǎn)稱TCO：TransparentconductiveOxide)目前TCO薄膜材料的主流產(chǎn)品是ITO（氧化銦摻雜氧化錫）第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日TCO薄膜廣闊的市場(chǎng)前景透明電極1）平面顯示器。（LCD、ELD、ECD）

2）攝像元件。3）太陽能電池的窗電極。4）圖象傳感器。5）利用液晶的遮光玻璃。6）輸入畫面用開關(guān)：接觸式畫屏。防靜電膜儀表的窗口。面發(fā)熱膜1）防霧防霜用玻璃。2）取暖用嵌板散熱器。紅外線反射膜1）節(jié)能用紅外線遮斷膜。2）電爐、干燥箱的觀測(cè)孔。選擇透射膜太陽光聚熱器。電磁波屏避第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日ZAO薄膜的優(yōu)勢(shì)（相對(duì)于ITO）透明導(dǎo)電薄膜市場(chǎng)巨大，ITO（銦錫氧化物）獨(dú)霸天下，但有致命弱點(diǎn)：成本高

銦是稀有金屬；靶材難以燒結(jié)，制靶成本高。與ITO相比，ZAO具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：

1）低廉成本;

2）無毒；

3）在氫等離子環(huán)境中有更好的穩(wěn)定性；

4）在室溫制備薄膜條件下，薄膜性能比

ITO優(yōu)異。ZAO是ITO的理想替代品。第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日TCO薄膜的制備工藝流程薄膜的制備方法有很多種，對(duì)于導(dǎo)電薄膜常用磁控濺射的方法。原料粉體－>壓制成型－>燒結(jié)成靶材－>磁控濺射成膜第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日工藝路線的選擇ITO靶材的工藝路線：

粉體－>冷等靜壓－>熱等靜壓從盡量降低成本，提高ZAO競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的角度出發(fā)，成型工藝選擇單向冷壓工藝，燒結(jié)工藝選擇無壓燒結(jié)。在降低成本的同時(shí)，也加大了課題的難度第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日問題的轉(zhuǎn)換大問題轉(zhuǎn)化為小問題復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)化為關(guān)鍵性的問題（在復(fù)雜多變的因素中找到關(guān)鍵因素）功能性的問題轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)性的問題（結(jié)構(gòu)決定功能）抽象的問題轉(zhuǎn)化為具體的問題（安排實(shí)驗(yàn)的方法）具體的問題轉(zhuǎn)化為抽象的問題（理論升華的方法，寫論文的方法）第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日本課題問題的轉(zhuǎn)化ZAO薄膜功能上的關(guān)鍵要素？

1）導(dǎo)電性能2）透光性能這些性能和靶材的哪些結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)？

1）摻雜比

2）燒成靶材的致密度第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日問題聚焦聚焦于關(guān)鍵問題，聚焦是突破的前提。對(duì)于ZAO靶材，摻雜比的問題已經(jīng)基本上解決（前面研究生的工作），目前存在的問題就是如何提高靶材的致密度。所以問題轉(zhuǎn)化為如何通過無壓燒結(jié)工藝獲得高致密度或超高致密度ZAO陶瓷靶材？第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日燒結(jié)的幾個(gè)基本過程燒結(jié)過程的劃分和各個(gè)階段的燒結(jié)行為燒結(jié)初期顆粒間形成接觸；燒結(jié)頸長(zhǎng)大（頸長(zhǎng)）

燒結(jié)中期連通孔洞閉合；孔洞圓化；孔洞收縮；致密化

燒結(jié)后期孔洞粗化；晶粒長(zhǎng)大

第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日ZAO燒結(jié)過程及其特征700度SEM第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日

1000度SEM第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日1200度SEM第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日1300度SEM第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日對(duì)比中發(fā)現(xiàn)問題ZnO斷面SEM圖ZAO斷面SEM圖ZnO:晶粒形狀較為規(guī)則，晶界也較為明顯

ZAO:晶粒形狀不太明顯且不規(guī)則，晶界較窄而不明顯，孔洞分布不均

如何解釋這一差異？第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日努力去解釋這些問題查閱現(xiàn)有的資料，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有燒結(jié)理論的整個(gè)理論框架是建立在單相粉體燒結(jié)的基礎(chǔ)上的，其典型的模型是雙球燒結(jié)模型。

(見下一頁)第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日雙球頸長(zhǎng)模型球－球頸長(zhǎng)模型

第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)燒結(jié)理論的缺陷適合解釋單相粉體的燒結(jié)過程：同步均勻的頸長(zhǎng)，從而產(chǎn)生相對(duì)均勻微觀結(jié)構(gòu)。無法解釋多相粉體的燒結(jié)過程：無法解釋摻雜材料在燒結(jié)過程中的作用。第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日提出新模型的必要性對(duì)于多相粉體，是否也像單相粉體一樣，各個(gè)顆粒之間幾乎同時(shí)頸長(zhǎng)，同時(shí)長(zhǎng)大？

從上面給出的兩張SEM照片里面，我們不難得出答案。第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日試圖用去解決這些問題abcd

球－橋－球模型第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日運(yùn)用模型對(duì)現(xiàn)象的解釋對(duì)ZAO和ZnO微觀形貌差異的解釋：1）ZAO晶粒形狀不規(guī)則：富Al2O3區(qū)快速頸長(zhǎng)造成ZAO坯體各個(gè)部分頸長(zhǎng)不均勻。2）ZAO孔洞分布不均勻，大小不均勻：富Al2O3區(qū)孔洞迅速消除；缺Al2O3區(qū)氣孔不易消除。第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日升華自己提出的問題對(duì)于實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的問題不要輕易的丟棄，有些看似與你目前從事的課題無關(guān)的一些問題，可能蘊(yùn)藏著更大的價(jià)值。如果對(duì)這個(gè)燒結(jié)模型深入的研究下去（比如進(jìn)行燒結(jié)動(dòng)力學(xué)的研究），很可能在此基礎(chǔ)上建立多相粉體燒結(jié)理論（這也是理論上的創(chuàng)新）第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日對(duì)于新模型的運(yùn)用運(yùn)用新發(fā)現(xiàn)的模型，重新審查ZAO的燒結(jié)過程，就會(huì)發(fā)現(xiàn)靶材致密度不高的根本原因在于：

Al2O3顆粒在微觀上的不均勻分布<－

Al2O3和ZnO的百分含量懸殊，而顆粒粒徑差不多，這樣就造成它們?cè)跀?shù)量上的巨大差異。新的思路：改變Al2O3的粒徑，采用納米粉體摻雜。第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日納米摻雜后的頸長(zhǎng)模型a氧化鋁顆粒在坯體中的

均勻分布

b整個(gè)坯體同步均勻

的燒結(jié)第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

設(shè)計(jì)前所得靶材SEM圖設(shè)計(jì)后所得靶材SEM圖

設(shè)計(jì)前，靶材的相對(duì)密度最高能到94.8％左右；

設(shè)計(jì)后，所得靶材的相對(duì)密度能達(dá)到99.8％。第二十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日總結(jié)及體會(huì)努力的發(fā)現(xiàn)問題

對(duì)比和比較的思維方法往往是發(fā)現(xiàn)問題的利器

如何發(fā)現(xiàn)具有創(chuàng)新價(jià)值的問題

1）努力尋找實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和現(xiàn)有理論之間的

矛盾點(diǎn)。

2）注意舊有理論的假設(shè)條件。

3）擺脫“目標(biāo)”定勢(shì)，要注意看似與目標(biāo)

不相干的問題。第二十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日如何解決問題

想方設(shè)法的轉(zhuǎn)化問題；

善