向超系统进化法则在表面等离激元学研究中的应用2015年11月30日

1、向超系统进化趋势及其在表面等离激元学研究中的应用张中月个人介绍张中月 教授、博士生导师、MATRIZ三级 陕西师范大学 物理学与信息技术学院研究方向： 微纳光学与光子学、TRIZ在微纳光学与光子学研究中的应用进化法则层次结构进化法则层次结构S曲线进化趋势提高理想度法则向超系统进化法则系统完备性法则增加裁剪度趋势法则流增强进化法则子系统的不均衡进化法则系统协调性进化法则减少人工介入的进化法则可控性进化法则动态性进化法则系统、超系统 系统：系统：设计用于执行一定功能。一般来说，它指的是我们整体的研究对象。 超系统：超系统：包含被分析的系统的系统。在超系统中，我们所要分析的系统只是其中的一个组件。组

2、成超系统的组件，就是超系统组件。系统系统超系统组件超系统组件子系统子系统向超系统进化法则 定义：随着工程系统进化，它逐渐与超系统的组件集成。当前研究系统：桌子；超系统组件：椅子；进化：桌子集成了椅子。当前研究系统：桌子；超系统组件：椅子；进化：桌子集成了椅子。向超系统进化法则铅笔铅笔双色铅笔双色铅笔系统：铅笔功能：涂覆染料超系统组件：另外一色铅笔功能：涂覆不同染料（参数差异）系统：铅笔功能：涂覆染料超系统组件：橡皮功能：移除染料（功能差异）1. 参数差异化增加的趋势（主要功能相同）2. 主要功能差异化增加的趋势（主要功能不同）3. 集成水平深度增加的趋势4. 集成数量增加的趋势向超系统进化法则

3、的子趋势向超系统进化法则的子趋势 子趋势1-超系统与原工程系统的参数差异化增加的趋势集成超系统类型同质性系统与原工程系统相比至少一项参数的差异竞争性系统（不同的系统，具有类似的主要功能）向超系统进化法则的子趋势向超系统进化法则的子趋势 子趋势1-集成超系统与原工程系统的参数差异化增加的趋势例：船帆的演化向超系统进化法则的子趋势向超系统进化法则的子趋势前后帆同质性系统前后帆+横帆多参数系统帆+蒸汽机竞争性系统 子趋势子趋势2-超系统与原工程系统的主要功能超系统与原工程系统的主要功能差异化增加的趋势差异化增加的趋势集成系统类型集成系统类型联合工程系统异类工程系统相反的工程系统向超系统进化法则的子趋

4、势向超系统进化法则的子趋势 子趋势子趋势2-超系统与原工程系统的主要功能超系统与原工程系统的主要功能差异化增加的趋势差异化增加的趋势 联合工程系统是什么？联合工程系统是什么？工程系统与超系统具有相同的主要功能对象工程系统与超系统具有相同的主要功能对象例：平底锅（烹饪食物）例：平底锅（烹饪食物） 和烤架（加热食物）和烤架（加热食物）如果工程系统在同一过程之中如果工程系统在同一过程之中例：摄影机和胶卷例：摄影机和胶卷工程系统具有相同的应用环境工程系统具有相同的应用环境例：帐篷和火炉例：帐篷和火炉向超系统进化法则的子趋势向超系统进化法则的子趋势子趋势2-主要功能差异化增加 系统都属于同一过程的一部分

5、例：护发产品向超系统进化法则的子趋势向超系统进化法则的子趋势洗发水护发素洗发水+护发素+=联合工程系统子趋势2-主要功能差异化增加 工程系统具有相同的应用环境例：家用工具向超系统进化法则的子趋势向超系统进化法则的子趋势=瑞士军刀联合工程系统子趋势2-主要功能差异化增加 异类系统的集成整合（主要功能不同，但共享资源）实例：向超系统进化法则的子趋势向超系统进化法则的子趋势种植水稻+养鱼交通+广告子趋势2-超系统与原工程系统的主要功能差异化增加的趋势整合相反的工程系统（主要功能相反）实例：向超系统进化法则的子趋势向超系统进化法则的子趋势灯泡和灯罩锤子和起子铅笔和橡皮 子趋势子趋势3-更深度集成更深度

6、集成实例：手表向超系统进化法则的子趋势向超系统进化法则的子趋势非关联手表+罗盘手表和罗盘的集成部分剪裁带有罗盘功能的手表彻底剪裁 子趋势子趋势4-增加的集成的系统数增加的集成的系统数集成系统的类型集成系统的类型单系统双系统多系统向超系统进化法则的子趋势向超系统进化法则的子趋势 子趋势4-增加的集成的系统数实例：电视向超系统进化法则的子趋势向超系统进化法则的子趋势 Television TV+VCR TV+VCR+DVD 单系统 双系统 多系统 子趋势4-增加的集成的系统数例如：办公设备向超系统进化法则的子趋势向超系统进化法则的子趋势打印机扫描仪复印机传真集成系统 参数差异化增加 功能差异化增加

7、 水平深度增加 集成数量增加向超系统进化法则子趋势回顾向超系统进化法则子趋势回顾向超系统进化法则小结向超系统进化法则小结 驱动力：工程系统内的可用资源耗尽时，它需要新的资源继续进化（通过增加功能性和/或降低成本，提升系统的理想度）；由于超系统元素提供了一系列丰富的资源，工程系统通过集成超系统组件获得资源； 和其它技术系统进化法则一样，是方案模型的基础。表面等离激元学表面等离激元学 球形粒子散射：Mie Theory （1905） MATLAB Functions for Mie Scattering and Absorption, Thesis 周期性结构层：Effective Medium

8、Theory J. Phys. D: Appl. Phys. 28 (1995) 2578表面等离激元学表面等离激元学 数值算法开启了不规则形状纳米结构光散射特性研究的大门 离散偶极子近似离散偶极子近似 传输矩阵算法传输矩阵算法 有限元算法有限元算法 时域有限差分算法时域有限差分算法 多极子展开多极子展开 -组件（系统）参数发生差异组件（系统）参数发生差异J. Phys. Chem. B 2003,107, 668J. Phys. Chem. B 2005,109, 20331J. Phys. Chem. B 2005,109, 23373组件（系统）参数发生差异组件（系统）参数发生差异Opt

9、 Express 2000,6, 213PRL 2003,90, 057401组件（系统）参数发生差异组件（系统）参数发生差异组件（系统）参数发生重大差异组件（系统）参数发生重大差异J. Chem. Phys. 2005,123, 114713J. Phys. Chem. B 2006, 110, 2150APL 2000, 77, 3379还有PRB 2005, 71, 045430组件（系统）参数发生重大差异组件（系统）参数发生重大差异Nano Lett. 2006,6, 683Nano Lett. 2007,7, 729包覆结构-相同组件集成（同质系统）相同组件集成（同质系统）J. Ch

10、em. Phys. 1999,111, 1195J. Phys. Chem. B 2003,107, 7343Nano Lett. 2007,7, 318PCCP2006,8 3520Nano Lett. 2003,8, 1087相同组件集成（同质系统）相同组件集成（同质系统）Nature 2003,425, 488Adv Matter 2004,19, 1686OE 2001,8, 655Nano Lett 2004不同参数的组件集成不同参数的组件集成PCCP2006,8 3520JPCB 2003,107 668APL 2006,88 063118集成水平深度不断增加集成水平深度不断增加法诺共振Nano Lett. 2011,11 2835Nano Lett. 2011,11 1657集成深度不断增加集成深度不断增加宽频吸收Nature 2012OE 2014Nanoscale 2013集成数量不断增加集成数量不断增加宽频吸收ACS Nano 2014Scienti