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学一点TRIZ科学效应
发布日期:2016-05-23   浏览次数:355

   人类现有的工程技术产品和方法都是在漫长的文明发展过程中,以一定的科学效应为基础,一点一滴地积累起来的。效应是构建功能的基本单元,所有的功能都基于效应而存在,任何一个产品的功能,不管其结构有多复杂,经过不断地分解,最终都可以分解成为某种效应实现的基本子功能。

      TRIZ理论的创始人阿奇舒勒发现并指出:那些不同凡响的发明专利通常都是利用了某种科学效应,或者是出人意料地将已知的效应应用到以前没有使用过该效应的技术领域中。每一个效应都可能是一大批问题的解决方案,或者说是用好一个效应可以获得几十项创新专利。例如:发明家爱迪生的1023项专利里只用到了23个效应;飞机设计大师图波列夫的1001项专利里只用到了35个效应。科学效应的学习和推广,对于解决发明问题有着出乎想象的效用。从本期微信开始,我们创新教研室将在此不断将一些新的科学效应介绍给大家。

   在TRIZ科学效应库中,用于改变亮度的科学效应有105项分别是:

   吸收(电磁辐射);吸收过滤器;声光效应;抗泡剂;消泡剂;氩气闪光;生物发光;双折射;布拉格衍射;布鲁斯特角;阴极发光;化学发光;胆甾基液晶;克里斯坦森效应;相干光;胶体;燃烧;传导(电);爆燃;景深;二向色滤光片;衍射;衍射光栅;散射波;电弧;电光效应;电致化学发光;电化学;电致发光;电子束;电镀;咖啡克雷玛效应;爆炸;法布里—珀罗干涉仪;法拉第效应;铁磁流体;过滤器(化学);絮凝;荧光;对焦;弗郎茨.凯尔迪什效应;菲涅尔衍射;菲涅尔透镜;凝胶;引力透镜;加热;孔;炽热;感应加热;干扰;彩虹色;克尔效应;透镜;发光二极管;液晶体;发光;磁光效应;磁光克尔效应;机械致发光;微机电系统;莫尔效应;纳米复合材料;牛顿环;核裂变;有机发光二极管;磷测温法;磷光;光致变色;光致弹性;光致发光;光子筛;光子晶体;压致发光;等离子体;全光摄影;泡克尔斯效应;极化;孔隙度;压敏涂料;棱镜;辐射;辐射发光;雷利散射;反射;折射;后向反射;散射;闪烁;阴影;溶胶;太阳能;声化学;声致发光;空间滤波器;热辐射;热致变色涂料;热致变色;热致发光;薄膜;全内反射;摩擦发光;福格特效应;波导波导(光学);波带板。

   本次介绍其中的五条:

  胆甾相液晶—是因其来源于胆甾醇衍生物而得名的,此类液晶分子呈扁平状,排列成层,层内分子相互平行,分子长轴平行于层平面,不同层的分子长轴方向稍有变化,沿层的法线方向排列成螺旋状结构。胆甾相液晶的螺纹距约为300nm,与可见光波长同一量级,这个螺旋距会随外界温度、电场条件不同而改变,因此可用调节螺距的方法对外界光进行调制。胆甾相液晶在显示技术中十分有用,它大量用于向列相液晶的添加剂,可以引导液晶在液晶盒内沿面180º、270º等扭曲排列,形成超扭曲(STN)显示。近年来,人们利用胆甾相液晶的旋光性、选择性、光散射性、圆偏振二色性等特性开发出了多种新型显示器件。它包含着许多层分子,每层分子的排列方向相同,但相邻两层分子排列方向稍有旋转,夹角约15分,层层叠成螺旋结构,当分子的排列旋转了360°而又回到原来方向时,在这种分子排列完全相同的两层间的距离称胆甾型液晶的螺距。这种液晶一般是用胆固醇为主要原料再加某些有机酸(如油酸、苯甲酸、壬酸等)反应而成的酯类化合物。它的温度效应强,随温度的变化有选择性的反射光。这是由于液晶的螺距对温度非常敏感,当螺距与光的波长一致时,就产生强烈性有选择的反射。在日光下,随温度的升高,色彩按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序变化,温度下降又按相反顺序变色。高灵敏度的在不到一度的温差内就可显出整个色谱。利用这一温度效应可作金属探测仪,用来探知金属材料和零部件的内部结构质量,探测微电子学中热点(短路处),检查致冷机的漏热,以及诊断疾病,探查肿瘤,如通过热点形式,可探查癌变,并可通过冷点形式检查出动脉梗塞。

  克里斯坦森效应—这是一种用于狭窄的带通或单色的滤光片,是填充了包括经粉碎的物质(例如玻璃)和液体(多半是有机的)的一种光电管。

  咖啡克雷玛效应—在材料学中,咖啡克雷玛效应是变更表面材料的一个模拟模型。经历了某一变换过程,诸如风化作用可以影响接近物质表面的物理性质和化学成分,不影响介质的大部分;提高孔隙度可以提高光的折射度、反射度和散射度,从而使介质材料表面与介质的其他大部分相比,在亮度方面,增添了化学差异性。

    铁磁流体—又称磁性液体、铁磁流体或磁液,是一种新型的功能材料,它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。是由直径为纳米量级(10纳米以下)的磁性固体颗粒、基载液(也叫媒体)以及界面活性剂三者混合而成的一种稳定的胶状液体。该流体在静态时无磁性吸引力,当外加磁场作用时,才表现出磁性,正因如此,它才在实际中有着广泛的应用,在理论上具有很高的学术价值。用纳米金属及合金粉末生产的磁流体性能优异,可广泛应用于各种苛刻条件的磁性流体密封、减震、医疗器械、声音调节、光显示、磁流体选矿等领域。

  弗朗兹一凯尔迪什效应—在强电场(一般在百伏电压)作用下,导致半导体吸收边形状的改变,及引起其折射率相应变化的现象。它是德国物理学家沃尔特·弗朗兹和俄国物理学家莱奥尼德·凯尔迪什于1957-1958年间先后独立发现的。因而以他们二人的名字命名。在半导体材料中,光子吸收主要发生在价带电子被受激跃迁到导带的情况。 外电场使能带倾斜,当外电场很强(一般百伏电压)时,价带电子通过隧穿跃迁到导带的几率大大增加,有效能隙减小,使得吸收边发生红移,同时折射率发生相应变化的现象,这就是弗朗兹一凯尔迪什(Franz-Keldysh )效应。 弗朗兹一凯尔迪什效应可以使折射率虚部与实部均发生变化,且前者占主要地位,它是由于半导体材料外加电场之后所引起的能带弯曲导致的。对波长靠近带隙的光较敏感,而对于通信用的1.31μm1.55μm的近红外光则非常不敏感,效应相当微弱。

 

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