表面科學研究方法

⑴ 科學研究有哪些方法

所謂科學的研究方法，很明顯就是科學工作者在從事某
項科學發現時所採用的方法。但是。這個過於簡單的說明對
我們沒有多大幫助。能不能對這個問題作出更詳細的說明呢?
好吧!我們可以描述一下這個問題的一個理想答案。
(1)在進行科學研究時，應當首先認識到問題的存在。
例如，在研究物體的運動時，首先應當注意到物體為什麼會
像它所發生的那樣進行運動，亦即物體為什麼在某種條件下
會運動得越來越快(加速運動)，而在另一種條件下則會運
行得越來越慢(減速運動)。
(2)要把問題的非本質方面找出來，加以剔除。例如，
一個物體的味道對物體的運動是不起任何作用的。
(3)要把你能夠找到的、同這個問題有關的全部數據
都收集起來。在古代和中世紀，這一點僅僅意味著如實地對
自然現象進行敏銳觀察。但是進入近代以後，情況就有所不
同了，因為人們從那時起已經學會去模仿各種自然現象，也
就是說，人們已經能夠有意地設計出種種不同的條件來迫使
物體按一定的方式運動，以便取得與該問題有關的各種數據。
例如，可以有意地讓一些球從一些斜面上滾下來;這樣做時，
既可以用各種大小不同的球，也可以改變球的表面性質或者
改變斜面的傾斜度，等等。這種有意設計出來的情況就是實
驗，而實驗對近代科學起的作用是如此之大，以致人們常常
把它稱為「實驗科學」，以區別於古希臘的科學。
(4)有了這些收集起來的數據，就可以作出某種初步
的概括，以便盡可能簡明地對它們加以說明，亦即用某種簡
明扼要的語言或者某種數學關系式來加以概括。這也就是假
設或假說。
(5)有了假說以後，你就可以對你以前未打算進行的
實驗的結果作出推測。下一步，你便可以著手進行這些實驗，
看看你的假說是否成立。
(6)如果實驗獲得了預期的結果，那麼，你的假說便
得到了強有力的事實依據，並可能成為一種理論，甚至成為
一條「自然定律」。
當然，任何理論或自然定律都不是最後定論。這一過程
會一次又一次地重復下去。新的數據，新的觀察和新的實驗
結果將不斷出現，舊的自然定律將不斷為更普遍的自然定律
所替代，因為這些新的定律不但能說明舊定律所能解釋的各
種現象，而且還能說明舊定律所不能解釋的一些現象。
以上這些，正如我已經說過的，是一種理想的科學研究
方法。但是在真正的實踐中，科學工作者並不需要像做一套
柔軟體操那樣一步一步地進行下去，而且他們通常也不這樣
做。
比起旁的事情來，像直覺、洞察力甚至運氣這一類因素
常常更起作用。在整部科學史中充滿了這樣的例子。有不少
科學家僅僅根據很不充分的數據和很少一點實驗結果(有時
甚至一點實驗結果也沒有)，便突然靈機一動，得出了有用
的、合乎事實的論斷。這樣的論斷，如果按部就班地通過上
述理想的科學研究方法進行，就可能要用好幾年的時間才能
得到。
例如，凱庫勒就是在郵車上打瞌睡的時候，突然領悟到
苯的化學結構的。洛維則在半夜醒來的時候，突然得到了關
於神經刺激的化學傳導問題的答案。格拉澤卻由於無聊地凝
視著一杯啤酒，才得到了氣泡室的想法。
然而這是不是說，一切都是憑好運氣得來的，根本不需
要動腦筋去思考呢?不，絕對不是的。這樣的「好運氣」只
有那些具有最好領悟力的人才會碰上，換句話說，有些人之
所以會碰上這樣的「好運氣」，只是因為他們具有十分敏銳
的直覺，而這種敏銳的直覺則是依靠他們豐富的經驗、深刻
的理解力和平時愛動腦筋換來的。
阿西莫夫《你知道嗎?--現代科學中的一百個問題》
科學普及出版社
1984年

⑵ 科學的研究方法有哪些

所謂科學的研究方法，很明顯就是科學工作者在從事某
項科學發現時所採用的方法。但是。這個過於簡單的說明對
我們沒有多大幫助。能不能對這個問題作出更詳細的說明呢？
好吧！我們可以描述一下這個問題的一個理想答案。
（1）在進行科學研究時，應當首先認識到問題的存在。
例如，在研究物體的運動時，首先應當注意到物體為什麼會
像它所發生的那樣進行運動，亦即物體為什麼在某種條件下
會運動得越來越快（加速運動），而在另一種條件下則會運
行得越來越慢（減速運動）。
（2）要把問題的非本質方面找出來，加以剔除。例如，
一個物體的味道對物體的運動是不起任何作用的。
（3）要把你能夠找到的、同這個問題有關的全部數據
都收集起來。在古代和中世紀，這一點僅僅意味著如實地對
自然現象進行敏銳觀察。但是進入近代以後，情況就有所不
同了，因為人們從那時起已經學會去模仿各種自然現象，也
就是說，人們已經能夠有意地設計出種種不同的條件來迫使
物體按一定的方式運動，以便取得與該問題有關的各種數據。
例如，可以有意地讓一些球從一些斜面上滾下來；這樣做時，
既可以用各種大小不同的球，也可以改變球的表面性質或者
改變斜面的傾斜度，等等。這種有意設計出來的情況就是實
驗，而實驗對近代科學起的作用是如此之大，以致人們常常
把它稱為「實驗科學」，以區別於古希臘的科學。
（4）有了這些收集起來的數據，就可以作出某種初步
的概括，以便盡可能簡明地對它們加以說明，亦即用某種簡
明扼要的語言或者某種數學關系式來加以概括。這也就是假
設或假說。
（5）有了假說以後，你就可以對你以前未打算進行的
實驗的結果作出推測。下一步，你便可以著手進行這些實驗，
看看你的假說是否成立。
（6）如果實驗獲得了預期的結果，那麼，你的假說便
得到了強有力的事實依據，並可能成為一種理論，甚至成為
一條「自然定律」。
當然，任何理論或自然定律都不是最後定論。這一過程
會一次又一次地重復下去。新的數據，新的觀察和新的實驗
結果將不斷出現，舊的自然定律將不斷為更普遍的自然定律
所替代，因為這些新的定律不但能說明舊定律所能解釋的各
種現象，而且還能說明舊定律所不能解釋的一些現象。
以上這些，正如我已經說過的，是一種理想的科學研究
方法。但是在真正的實踐中，科學工作者並不需要像做一套
柔軟體操那樣一步一步地進行下去，而且他們通常也不這樣
做。
比起旁的事情來，像直覺、洞察力甚至運氣這一類因素
常常更起作用。在整部科學史中充滿了這樣的例子。有不少
科學家僅僅根據很不充分的數據和很少一點實驗結果（有時
甚至一點實驗結果也沒有），便突然靈機一動，得出了有用
的、合乎事實的論斷。這樣的論斷，如果按部就班地通過上
述理想的科學研究方法進行，就可能要用好幾年的時間才能
得到。
例如，凱庫勒就是在郵車上打瞌睡的時候，突然領悟到
苯的化學結構的。洛維則在半夜醒來的時候，突然得到了關
於神經刺激的化學傳導問題的答案。格拉澤卻由於無聊地凝
視著一杯啤酒，才得到了氣泡室的想法。
然而這是不是說，一切都是憑好運氣得來的，根本不需
要動腦筋去思考呢？不，絕對不是的。這樣的「好運氣」只
有那些具有最好領悟力的人才會碰上，換句話說，有些人之
所以會碰上這樣的「好運氣」，只是因為他們具有十分敏銳
的直覺，而這種敏銳的直覺則是依靠他們豐富的經驗、深刻
的理解力和平時愛動腦筋換來的。

阿西莫夫《你知道嗎？——現代科學中的一百個問題》
科學普及出版社 1984年

⑶ 目前金屬表面檢測的主要方法有哪些

主流金屬製品表面缺陷在線檢測方法。
一、漏磁檢測
漏磁檢測技術廣泛應用於鋼鐵產品的無損檢測。其檢測原理是，利用磁源對被測材料局部磁化，如材料表面存在裂紋或坑點等缺陷，則局部區域的磁導率降低、磁阻增加，磁化場將部分從此區域外泄，從而形成可檢驗的漏磁信號。在材料內部的磁力線遇到由缺陷產生的鐵磁體間斷時，磁力線將會發生聚焦或畸變，這一畸變擴散到材料本身之外，即形成可檢測的磁場信號。採用磁敏元件檢測漏磁場便可得到有關缺陷信息。因此，漏磁檢測以磁敏電子裝置與磁化設備組成檢測感測器，將漏磁場轉變為電信號提供給二次儀表。
漏磁檢測技術的整個過程為：激磁-缺陷產生漏磁場-感測器獲取信號-信號處理-分析判斷。在磁性無損檢測中，磁化時實現檢測的第一步，它決定著被測量對象(如裂紋)能不能產出足夠的可測量和可分辨的磁場信號，同時也影響著檢測信號的性能，故要求增強被測磁化缺陷的漏磁信號。被測構件的磁化由磁化器來實現，主要包括磁場源和磁迴路等部分。因此，針對被測構件特點和測量目的，選擇合適的磁源和設計磁迴路是磁化器優化的關鍵。
漏磁檢測金屬表面缺陷的物理基礎使帶有缺陷的鐵磁件在磁場中被磁化後，在缺陷處會產生漏磁場，通過檢測漏磁場來辯識有無缺陷。因此，研究缺陷漏磁場的特點，確定缺陷的特徵，就成為漏磁檢測理論和技術的關鍵。要測量漏磁場，測量裝置須具有較高的靈敏度，特別是能測空間點磁場，還應有較大的測量范圍和頻帶；測量裝置須具有二維及三維的精確步進或調整能力，以確定感測器的空間位置；同時，應用先進的信號處理技術去除雜訊，確定實際的漏磁場量。Foerster，Athertion 已成功應用霍爾器件檢測缺陷，霍爾器件可在z—Y二維空間步進的最小間隔分別為2μm和0.1μm。
漏磁檢測不僅能檢測表面缺陷，且能檢測內部微小缺陷；可檢測到5X10mm。的微小缺陷；造價較低廉。其缺點是，只能用於金屬材料的檢測，無法識別缺陷種類。目前，漏磁檢測在低溫金屬材料缺陷檢測方面已進入實用階段。如日本川崎公司千葉廠於1993年開發出在線非金屬夾雜物檢測裝置；日本NKK公司福岡廠於同年研製出一種超高靈敏度的磁敏感測器，用於檢測鋼板表面缺陷。
二、紅外線檢測與技術
紅外線檢測是通過高頻感應線圈使連鑄板坯表面產生感應電流，在高頻感應的集膚效應作用下，其穿透深度小於1 mm，且在表面缺陷區域的感應電流會導致單位長度的表面上消耗更多電能，引起連鑄板坯局部表面的溫度上升。該升溫取決於缺陷的平均深度、線圈工作頻率、特定輸入電能，以及被檢鋼坯電性能、熱性能、感應線圈寬度和鋼運動速度等因素。當其它各種因素在一定范圍內保持恆定時，就可通過檢測局部溫升值來計算缺陷深度，而局部溫升值可通過紅外線檢測技術加以檢定。利用該技術，挪威Elkem公司於1990年研製出Ther—mOMatic連鑄鋼坯自動檢測系統，日本茨城大學工學部的岡本芳三等在檢測板坯試件表面裂紋和微小針孔的實驗研究中也利用此法得到較滿意的結果。
三、超聲波探傷技術
超聲波檢測是利用聲脈在缺陷處發生特性變化的原理來檢測。接觸法是探頭與工件表面之間經一層薄的起傳遞超聲波能量作用的耦合劑直接接觸。為避免空氣層產生強烈反射，在探測時須將接觸層間的空氣排除干凈，使聲波入射工件，操作方便，但其對被測工件的表面光潔度要求較高。液浸法是將探頭與工件全部浸入於液體或探頭與工件之間，局部以充液體進行探傷的方法。脈沖反射法是當脈沖超聲波入射至被測工件後，聲波在工件內的反射狀況就會顯示在熒光屏上，根據反射波的時間及形狀來判斷工件內部缺陷及材料性質的方法。目前，超聲波探傷技術已成功應用於金屬管道內部的缺陷檢測。
四、光學檢測法
機器視覺是以圖像處理理論為核心，屬於人工智慧范疇的一個領域，它是以數字圖像處理、模式識別、計算機技術為基礎的信息處理科學的重要分支，廣泛應用於各種無損檢測技術中。基於機器視覺的連鑄板坯表面缺陷檢測方法的基本原理是：一定的光源照在待測金屬表面上，利用高速CCD攝像機獲得連鑄板坯表面圖像，通過圖像處理提取圖像特徵向量，通過分類器對表面缺陷進行檢測與分類。20世紀70年代中期，El本Jil崎公司就開始研製鍍錫板在線機器視覺檢測裝置 。1988年，美國Sick光電子公司也成功地研製出平行激光掃描檢測裝置，用以在線檢測金屬表面缺陷。基於機器視覺的表面在線檢測與分類器設計的研究工作目前在國內尚處於起步階段。1990年，華中理工大學採用激光掃描方法測量冷軋鋼板寬度和檢測孔洞缺陷，並開發了相應的信號處理電路；1995年又研製出冷軋連鑄板坯表面軋洞、重皮和邊裂等缺陷檢測和最小帶寬測量的實驗系統。1996年，寶鋼與原航天部二院聯合研製出冷軋連鑄板坯表面缺陷的在線檢測系統，並進行了大量的在線試驗研究。近年來，北京科技大學、華中科技大學等也研製出較為實用化的在線檢測系統。
從檢測技術的觀點來看，基於機器視覺的鋼表面缺陷檢測系統面臨困境：①要求檢測到的缺陷的幾何尺寸越來越小，有的甚至小於0.1 mm；② 檢測對象可能處於運動狀態，導致採集的圖像抖動較大；③現場環境較惡劣，往往受煙塵、油污、溫度高等因素的影響，引起缺陷圖像信噪比下降；④表面缺陷的多樣性(如冷軋連鑄板坯表面可達100多種)，不同缺陷之間的光學特性、電磁特性不同；有的缺陷之間的差異不明顯。因此，基於機器視覺的連鑄板坯表面缺陷分類器要求具有收斂速度快、魯棒性好、自學習功能等特點。

⑷ 科學研究的基本方法有哪3種

一、經驗方法
一般說來,科學研究就是追求知識或解決問題的一項系統活動；有待解決的問題都是與研究對象的本質和規律有關的問題,而本質和規律是隱藏在現象中的,即在經驗材料的背後.只有在關於對象的經驗材料十分完備、准確可靠時,才能在這些材料的基礎上建立正確的概念和理論,揭示對象的本質和規律,才能解決科研課題,即解決科學的問題.獲得經驗材料的方法就是經驗方法,通常包括如下四個方面：
1、文獻研究法
教育技術學的發展有很強的歷史繼承性,文獻研究就是為了對所要解決的問題有個全面的歷史的了解.有了這種了解,才能站在前人的肩膀上,把前人和當代的成果作為進一步前進的起點,不重復前人已經做過的工作,避免前人已經走過的彎路,把精力放在創造性的研究上.
文獻研究法就是有關專業文摘、索引、工具書、光碟以及Internet教育信息資源等文獻的檢索方法以及鑒別文獻真偽、發揮文獻價值與創造性地利用文獻的方法.
2、社會調查法
社會調查法就是人們有目的、有意識地對社會現象進行考察,從中獲得來自社會系統中各種要素和結構的直接資料的一種方法.根據調查目的、調查對象和調查內容的不同,社會調查法可分為訪問調查、問卷調查、個案調查等多種方法.在教育技術學研究中,經常使用問卷調查法.
3、實地觀察法
實地觀察法是研究者有目的、有計劃地運用自己的感覺器官或藉助科學觀察儀器,直接了解當前正在發生的、處於自然狀態下的社會現象的方法.
4、實驗研究法
實驗作為一種科學認識方法,開始是應用於自然科學領域,以後逐漸移植到社會科學領域.實驗研究法是實驗者有目的、有意識的通過改變某些社會環境的實踐活動,來認識實驗對象的本質及其規律的方法.實驗研究法的基本要素是實驗者,即實驗研究中有目的、有意識的活動主體；實驗對象,即實驗研究所要認識的客體；實驗環境和手段,即實驗對象所處的社會條件.在教育技術實驗研究中,實驗環境就是利用現代信息技術進行教與學活動的特定社會條件；其實驗手段就是藉助現代信息技術進行刺激、干預、控制、檢測實驗對象的活動.實驗研究的過程,就是這些要素相互作用、相互影響的過程.
二、理論方法
要達到完整的科學認識,僅僅運用經驗方法是不夠的,還必須運用科學認識的理論方法對調查、觀察、實驗等所獲得的感性材料進行整理、分析,把原來屬於零散的、片面的和表面的感性材料進行加工,使之上升為本質的、深刻的和系統的理性認識.科學研究法中的理論方法就是提供這種從感性認識向理性認識飛躍的切實可行的、具體的思考方法與加工處理的步驟的方法.它主要包括兩個方面：
1、數學方法
所謂數學方法,就是在撇開研究對象的其他一切特性的情況下,用數學工具對研究對象進行一系列量的處理,從而作出正確的說明和判斷,得到以數字形式表述的成果.
科學研究的對象是質和量的統一體,它們的質和量是緊密聯系,質變和量變是互相制約的.要達到真正的科學認識,不僅要研究質的規定性,還必須重視對它們的量進行考察和分析,以便更准確地認識研究對象的本質特性.在教育技術學研究中,數學方法主要是運用統計處理和模糊數學分析方法.
2、思維方法
科學的思維方法是人們正確進行思維和准確表達思想的重要工具,在科學研究中最常用的科學思維方法包括歸納演繹、類比推理、抽象概括、思辯想像、分析綜合等,它對於一切科學研究都具有普遍的指導意義.
三、系統科學方法
20世紀,系統論、控制論、資訊理論等橫向科學的迅猛發展,為發展綜合思維方式提供了有力的手段,使科學研究方法不斷地完善.而以系統論方法、控制論方法和資訊理論方法為代表的系統科學方法,又為人類的科學認識提供了強有力的主觀手段.它不僅突破了傳統方法的局限性,而且深刻地改變了科學方法論的體系.這些新的方法,既可以作為經驗方法,作為獲得感性材料的方法來使用,也可以作為理論方法,作為分析感性材料上升到理性認識的方法來使用,而且作為後者的作用比前者更加明顯.它們適用於科學認識的各個階段,因此,我們稱其為系統科學方法.

⑸ 科學研究方法有哪幾種

所謂科學的研究方法，很明顯就是科學工作者在從事某
項科學發現時所採用的方法。但是。這個過於簡單的說明對
我們沒有多大幫助。能不能對這個問題作出更詳細的說明呢？
好吧！我們可以描述一下這個問題的一個理想答案。
（1）在進行科學研究時，應當首先認識到問題的存在。
例如，在研究物體的運動時，首先應當注意到物體為什麼會
像它所發生的那樣進行運動，亦即物體為什麼在某種條件下
會運動得越來越快（加速運動），而在另一種條件下則會運
行得越來越慢（減速運動）。
（2）要把問題的非本質方面找出來，加以剔除。例如，
一個物體的味道對物體的運動是不起任何作用的。
（3）要把你能夠找到的、同這個問題有關的全部數據
都收集起來。在古代和中世紀，這一點僅僅意味著如實地對
自然現象進行敏銳觀察。但是進入近代以後，情況就有所不
同了，因為人們從那時起已經學會去模仿各種自然現象，也
就是說，人們已經能夠有意地設計出種種不同的條件來迫使
物體按一定的方式運動，以便取得與該問題有關的各種數據。
例如，可以有意地讓一些球從一些斜面上滾下來；這樣做時，
既可以用各種大小不同的球，也可以改變球的表面性質或者
改變斜面的傾斜度，等等。這種有意設計出來的情況就是實
驗，而實驗對近代科學起的作用是如此之大，以致人們常常
把它稱為「實驗科學」，以區別於古希臘的科學。
（4）有了這些收集起來的數據，就可以作出某種初步
的概括，以便盡可能簡明地對它們加以說明，亦即用某種簡
明扼要的語言或者某種數學關系式來加以概括。這也就是假
設或假說。
（5）有了假說以後，你就可以對你以前未打算進行的
實驗的結果作出推測。下一步，你便可以著手進行這些實驗，
看看你的假說是否成立。
（6）如果實驗獲得了預期的結果，那麼，你的假說便
得到了強有力的事實依據，並可能成為一種理論，甚至成為
一條「自然定律」。
當然，任何理論或自然定律都不是最後定論。這一過程
會一次又一次地重復下去。新的數據，新的觀察和新的實驗
結果將不斷出現，舊的自然定律將不斷為更普遍的自然定律
所替代，因為這些新的定律不但能說明舊定律所能解釋的各
種現象，而且還能說明舊定律所不能解釋的一些現象。
以上這些，正如我已經說過的，是一種理想的科學研究
方法。但是在真正的實踐中，科學工作者並不需要像做一套
柔軟體操那樣一步一步地進行下去，而且他們通常也不這樣
做。
比起旁的事情來，像直覺、洞察力甚至運氣這一類因素
常常更起作用。在整部科學史中充滿了這樣的例子。有不少
科學家僅僅根據很不充分的數據和很少一點實驗結果（有時
甚至一點實驗結果也沒有），便突然靈機一動，得出了有用
的、合乎事實的論斷。這樣的論斷，如果按部就班地通過上
述理想的科學研究方法進行，就可能要用好幾年的時間才能
得到。
例如，凱庫勒就是在郵車上打瞌睡的時候，突然領悟到
苯的化學結構的。洛維則在半夜醒來的時候，突然得到了關
於神經刺激的化學傳導問題的答案。格拉澤卻由於無聊地凝
視著一杯啤酒，才得到了氣泡室的想法。
然而這是不是說，一切都是憑好運氣得來的，根本不需
要動腦筋去思考呢？不，絕對不是的。這樣的「好運氣」只
有那些具有最好領悟力的人才會碰上，換句話說，有些人之
所以會碰上這樣的「好運氣」，只是因為他們具有十分敏銳
的直覺，而這種敏銳的直覺則是依靠他們豐富的經驗、深刻
的理解力和平時愛動腦筋換來的。

⑹ 什麼是表面科學，與表面工程有什麼區別

表面科學是發生在兩種相（包括固液界面、固氣界面、固真空介面和液氣界面）的界面的物理和化學現象研究。它包括表面化學和表面物理等領域。一些相關的實際應用常稱為為表面工程，包括如多相催化、半導體設備製造、燃料電池、自組裝單分子膜、黏合劑等方面。表面科學和介面和膠體科學密切相關。界面化學和物理是雙方共同課題。此外，界面與膠體科學研究由於介面特性發生在多相系統中的宏觀現象。
表面工程是表面經過預處理後，通過表面塗覆、表面改性或多種表面技術復合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態、化學成分、組織結構和應力狀況，以獲得表面所需性能的系統工程。表面工程技術是表面工程的核心和實質.

表面科學是一門涉及化學、材料、物理、生物等科學工程多學科的交叉領域，在當前的科學研究和工程應用中扮演著日益重要的角色，是應用化學、化學工程、材料科學以及其他相關專業的一門專業基礎課程。其主要任務是通過各個教學環節，運用各種教學手段和方法，使學生掌握表面化學領域的基本概念、理論和研究方法以及本領域內的最新進展；主要內容包括：表面熱力學、膠體與界面化學、表面活性劑化學、溶液中軟硬聚集體、納米粒子與納米結構材料、材料（無機、有機）表面化學、微製造與微化工過程中的表面化學等領域。
表面工程技術分類：表面改性、表面處理、表面塗覆、復合表面工程、納米表面工程技術。表面工程與人們的生產、生活息息相關。