王中林、John A. Rogers和黄永刚都在用的科研技能，你值得拥有！

作为一名科研民工，你是否也经常陷入这样的自我怀疑中：

（实验前）

我的实验方案真的对吗？老板说让我试试，试试的意思是。。。

（实验中）

实验过程好复杂的，要是做的不对，这么大的工作量等于白干啊。。。

（实验后）

这数据靠谱吗？真的能说服审稿人吗？我怎么自己都不信。。。

其实，做科研不仅仅是靠人工，还有很多新的工具化的技能你有必要了解一下，譬如理论计算、有限元仿真模拟。

有限元分析的方法，不仅能够在实验开始前对实验结果进行模拟，帮助优化实验设计；更可以作为实验的补充，进一步验证实验结论，提高数据的说服力，既丰富了文章的内容，在工作量上也使文章更充实。

那么，究竟什么是有限元仿真模拟？又有哪些领域能够或者特别适合使用这种方法来进行科学研究呢？

有限元是有限元方法（FiniteElement Method）或有限元分析（Finite Element Analysis）的简称。有限元方法最早在1952年被提出，早期主要应用于力学领域，用于建筑、飞行器等工程领域的力学仿真模拟。

有限元方法的原理，简单的说，就是通过将要模拟的实体结构划分为有限个单元，每一个单元都用一组方程去描述，联立所有这些方程组并求解，就能得到模拟对象整个的物理量分布。要得到足够精确的解，需要划分数量较多的单元，这样计算量就会非常大，需要借助计算机的计算能力才能得到结果。

随着有限元理论的发展和计算机计算能力的进步，今天的有限元方法早已经不限于力学领域，有限元方法已经发展为一种普适的数值计算方法，能够求解各种类型的偏微分方程，在力学、流体、电磁学、光学、电化学、半导体、化工、声学等几乎所有的学科领域有限元方法都有它的用武之地。

纳米材料科学领域也不例外，包括王中林、John A. Rogers和黄永刚等许多大牛在内的国内外研究人员都开始使用有限元方法帮助他们解决科研中遇到的问题，在高档次学术期刊中，运用有限元方法的文章也越来越多了。接下来我们就来看看纳米材料科学领域有限元方法都是怎么使用的。

一、柔性电子领域

美国西北大学JohnA. Rogers 和黄永刚教授在柔性电子领域做了许多开创性的工作，通过力学设计将硬质的硅基材料制备成可拉伸的柔性器件。他们的这些文章中无一例外都使用了有限元方法向来模拟器件在拉伸过程中的应力应变。通过有限元方法的理论力学分析深刻的阐述了器件设计中的学科原理。另外在热门领域柔性太阳能电池的设计中，有限元模拟在优化器件弯折性能上也有起着不可替代的作用。

 PNAS和Nature系列顶刊上的有限元应用举例

二、传感器领域

可穿戴柔性传感技术是又一个热门研究领域。这类传感器件主要分布电阻型、电容型、压电型。无论是以上哪一类我们都可以用有限元方法模拟器件的工作过程。模拟结果放在文章中可以清楚的展示器件在传感过程中的电场或电流变化，说明了器件的工作原理，并且模拟计算数据可以和实验测得数据相互印证。王中林院士的研究团队就在他们的纳米发电器件研究文章中大量使用了有限元模拟。

 Science Advances和Adv. Mater. 等顶刊上的有限元应用举例

三、微流控领域

微流控是一门涉及化学、流体力学、材料科学和生物医学的新兴交叉学科。微流控器件的设计过程中往往涉及到对多个物理过程的理解，包括流体在特定通道内的流场分布、不混溶两相流体的流动的控制、溶质在微流控通道内的输运和扩散、以及流体在电场、光场或声场这类外场作用下的响应。理解这些物理因素的相互作用是设计微流控器件的关键。所以在实验上制备微流控器件之前，先通过理论上建模仿真优化设计方案是提高科研效率的必要途径。另外在论文中增添理论模拟的部分也能提升文章质量，助力冲击高档次期刊。目前微流控领域以及液滴亲疏水浸润性方面几个热点研究方向我们都能通过有限元分析进行仿真模拟。

 Nano Letter等顶刊上的有限元应用举例

四、超材料领域

超材料就是通过人工构造的周期性结构使得材料具有实现通常状态下材料不可能具有的属性，例如负折射率、负磁导率等。同过超材料能实现光学隐身、全相位相片、超级透镜等特殊的光学效果。在设计超材料的过程当中理论上的模拟计算当然是必不可少的，有限元方法则是模拟计算中最常用的数值计算方法。

Nature Comm.等顶刊上的有限元应用举例

五、光电器件

通过有限元方法我们可以模拟光子晶体、光波导，谐振腔，表面等离子体共振、光散射等等光电器件中常见的现象，帮助我们解决光电器件设计中的诸多问题。

今天分享的只是纳米材料科学领域的一部分案例，其实有限元仿真模拟还可以应用于很多专业领域，而且现在越来越多的运用到交叉学科的研究中，掌握有限元模拟方法可以说已经成为一种通用的科研技能。

有没有跃跃欲试？

      为了让更多科研人员能够迅速且科学地掌握有限元仿真模拟这一前沿高效的数据分析手段，提升理论分析深度，全面提高文章档次，北京中科幻彩动漫科技有限公司联合路漫学术举办主题为“科研模拟·学术仿真”的文章档次提升专题培训。

首届科研模拟·学术仿真专题培训会

时间：2018年10月20-21日

地点：北京·中科院化学所

我们的优势

1. 金牌团队主讲

国内顶级科学可视化服务商

中科院博士设计团队

美国加州大学洛杉矶分校技术支持

Sci. Adv.／Nat. Common.／Adv. Mater.／JACS等顶级期刊论文发表者

八年化学/材料/物理/工程/生物学科仿真模拟经验

通过模拟显著提升文章档次的百余真实案例

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2. 高品质资料包免费赠送

凡报名培训的学员将免费获赠COMSOL高级建模指导资料，科研常用有限元模拟案例模型文件及各学科领域计算公式资料文件。

3. 量身定制课程内容

有无基础的学员均可参加培训

我们将根据学员的专业背景和软件基础量身定制课程内容

讲师简介

Dr. Li

中科幻彩仿真模拟事业部技术总监

中国科学院博士

美国加州大学洛杉矶分校博士后

全国物理奥林匹克竞赛金牌、美国数学建模大赛一等奖

以第一作者在Nature Communications/ Science Advances/ Advanced Materials/ JACS等顶级杂志发表多篇论文

八年化学/材料/物理/工程/生物仿真模拟经验

百余个通过模拟显著提升文章档次的案例

时间地点

2018年10月20-21日 

北京·中科院化学所

报名方式

长按识别二维码，在线报名。报名后24小时内会有专人与您对接。

【咨询助教】

有任何问题可加培训助教微信好友进行咨询

微信：18560061984

QQ：3010463275

【常见问题】

Q：有限元仿真模拟对我的论文有怎样的帮助，真的能提高文章档次吗？

A：对于一部分的研究领域，例如人工超材料，理论上的模拟计算可以说是必不可少的。而对于更多的研究领域，模拟计算可以作为实验的补充，能进一步验证实验的结论，提高结论的说服力。理论模拟丰富了文章的内容，在工作量上也使文章更充实。另外模拟计算很多时候可以优化实验设计，提高实验效率。

Q：我是零基础学员，两天的时间也能学会吗？

A：我们的培训就是针对零基础学员的。我们的课程一方面讲授模拟软件的使用，更重要的是另一方面讲解科研中的理论建模的思维方法。如何把模拟加入自己的科研工作，提升文章的质量。

Q：什么专业方向都可以做有限元模拟吗？

A：有限元方法是一种一般性的数值计算的方法，用来求解各种偏微分方程，理论上只要是能用偏微分方程描述的物理化学过程都可以都用有限元方法求解。有限元不仅在各个物理学科和工程领域这些传统领域有广泛的应用，而且现在越来越多的运用到交叉学科的研究中，例如柔性传感器件，能源器件，生物工程，微流控等等几乎目前所有的热门研究领域。

Q：每场培训有多少学员呀？不会是那种人山人海的大课吧？

A：为保证教学质量，也为学员营造舒适的学习环境，我们每场培训都会将招生人数限制在50人以内，以保证良好的课堂秩序，同时安排助教协助学员进行软件安装、现场答疑、课堂辅助教学等。

Q：我是慢热型的学生，接受新知识慢，一次学不够怎么办？

A：老学员可以免费复听，一次报名终身免费复学，只要你学不够，我们就一直教下去～

Q：可以开具发票进行报销吗？

A：当然可以！我们将为学员开具正规发票，并可以根据学员报销需求提供培训邀请函、项目明细清单、会议注册表等材料，并在培训当天将发票和报销材料发放给学员。

Q：培训提供食宿吗？

A：我们为学员提供两日培训的午餐，住宿需要学员自费，我们会在报名确认邮件中发送周边酒店信息，方便学员选择和预定。

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