科研思維方法課件

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)識和改造自然的過程中所遇到的問題。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1

超高致密度ZAO陶瓷靶材

的制備與研究

超高致密度ZAO陶瓷靶材

的制備與研究2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）課題相關(guān)背景介紹ZAO（ZnO摻雜Al2O3）是一種透明導(dǎo)電3TCO薄膜廣闊的市場前景TCO薄膜廣闊的市場前景4ZAO薄膜的優(yōu)勢（相對于ITO）透明導(dǎo)電薄膜市場巨大，ITO（銦錫氧化物）獨霸天下，但有致命弱點：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：

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。ZAO薄膜的優(yōu)勢（相對于ITO）透明導(dǎo)電薄膜市場巨大，ITO5TCO薄膜的制備工藝流程薄膜的制備方法有很多種，對于導(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TCO薄膜的制備工藝流程薄膜的制備方法有很多種，對于導(dǎo)電薄膜6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競爭優(yōu)勢的角度出發(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，也加大了課題的難度工藝路線的選擇ITO靶材的工藝路線：

粉體－>冷等靜壓－>熱7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（安排實驗的方法）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）問題的轉(zhuǎn)換大問題轉(zhuǎn)化為小問題8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9問題聚焦聚焦于關(guān)鍵問題，聚焦是突破的前提。對于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？問題聚焦聚焦于關(guān)鍵問題，聚焦是突破的前提。10燒結(jié)的幾個基本過程燒結(jié)過程的劃分和各個階段的燒結(jié)行為燒結(jié)的幾個基本過程燒結(jié)過程的劃分和各個階段的燒結(jié)行為11ZAO燒結(jié)過程及其特征700度SEMZAO燒結(jié)過程及其特征700度SEM12

1000度SEM1000度SEM131200度SEM1200度SEM141300度SEM1300度SEM15對比中發(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？對比中發(fā)現(xiàn)問題ZnO斷面SEM圖ZAO斷面16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)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)理論的整個理論17雙球頸長模型球－球頸長模型

雙球頸長模型球－球頸長模型18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，從而產(chǎn)生相對均勻微觀結(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。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19提出新模型的必要性對于多相粉體，是否也像單相粉體一樣，各個顆粒之間幾乎同時頸長，同時長大？

從上面給出的兩張SEM照片里面，我們不難得出答案。提出新模型的必要性對于多相粉體，是否也像單相粉體一樣，各個顆20試圖用去解決這些問題abcd

球－橋－球模型試圖用去解決這些問題a21運用模型對現(xiàn)象的解釋對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)快速頸長造成ZAO坯體各個部分頸長不均勻。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。運用模型對現(xiàn)象的解釋對ZAO和ZnO微觀形貌差異的解釋：22升華自己提出的問題對于實驗過程中發(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)藏著更大的價值。如果對這個燒結(jié)模型深入的研究下去（比如進(jìn)行燒結(jié)動力學(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）升華自己提出的問題對于實驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題不要輕易的丟棄，有23對于新模型的運用運用新發(fā)現(xiàn)的模型，重新審查ZAO的燒結(jié)過程，就會發(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，這樣就造成它們在數(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。對于新模型的運用運用新發(fā)現(xiàn)的模型，重新審查ZAO的燒結(jié)過程，24納米摻雜后的頸長模型a氧化鋁顆粒在坯體中的

均勻分布

b整個坯體同步均勻

的燒結(jié)納米摻雜后的頸長模型a氧化鋁顆粒在坯體中的

25良好的實驗結(jié)果

設(shè)計前所得靶材SEM圖設(shè)計后所得靶材SEM圖

設(shè)計前，靶材的相對密度最高能到94.8％左右；

設(shè)計后，所得靶材的相對密度能達(dá)到99.8％。良好的實驗結(jié)果設(shè)計前所得靶材SEM圖26總結(jié)及體會努力的發(fā)現(xiàn)問題

對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)新價值的問題

1）努力尋找實驗現(xiàn)象和現(xiàn)有理論之間的

矛盾點。

2）注意舊有理論的假設(shè)條件。

3）擺脫“目標(biāo)”定勢，要注意看似與目標(biāo)

不相干的問題。總結(jié)及體會努力的發(fā)現(xiàn)問題

對比和比較的思維方法往往是發(fā)現(xiàn)問題27如何解決問題

想方設(shè)法的轉(zhuǎn)化問題；

善于抓住關(guān)鍵問題（生命中的“大