表面科学研究方法

⑴ 科学研究有哪些方法

所谓科学的研究方法，很明显就是科学工作者在从事某
项科学发现时所采用的方法。但是。这个过于简单的说明对
我们没有多大帮助。能不能对这个问题作出更详细的说明呢?
好吧!我们可以描述一下这个问题的一个理想答案。
(1)在进行科学研究时，应当首先认识到问题的存在。
例如，在研究物体的运动时，首先应当注意到物体为什么会
像它所发生的那样进行运动，亦即物体为什么在某种条件下
会运动得越来越快(加速运动)，而在另一种条件下则会运
行得越来越慢(减速运动)。
(2)要把问题的非本质方面找出来，加以剔除。例如，
一个物体的味道对物体的运动是不起任何作用的。
(3)要把你能够找到的、同这个问题有关的全部数据
都收集起来。在古代和中世纪，这一点仅仅意味着如实地对
自然现象进行敏锐观察。但是进入近代以后，情况就有所不
同了，因为人们从那时起已经学会去模仿各种自然现象，也
就是说，人们已经能够有意地设计出种种不同的条件来迫使
物体按一定的方式运动，以便取得与该问题有关的各种数据。
例如，可以有意地让一些球从一些斜面上滚下来;这样做时，
既可以用各种大小不同的球，也可以改变球的表面性质或者
改变斜面的倾斜度，等等。这种有意设计出来的情况就是实
验，而实验对近代科学起的作用是如此之大，以致人们常常
把它称为“实验科学”，以区别于古希腊的科学。
(4)有了这些收集起来的数据，就可以作出某种初步
的概括，以便尽可能简明地对它们加以说明，亦即用某种简
明扼要的语言或者某种数学关系式来加以概括。这也就是假
设或假说。
(5)有了假说以后，你就可以对你以前未打算进行的
实验的结果作出推测。下一步，你便可以着手进行这些实验，
看看你的假说是否成立。
(6)如果实验获得了预期的结果，那么，你的假说便
得到了强有力的事实依据，并可能成为一种理论，甚至成为
一条“自然定律”。
当然，任何理论或自然定律都不是最后定论。这一过程
会一次又一次地重复下去。新的数据，新的观察和新的实验
结果将不断出现，旧的自然定律将不断为更普遍的自然定律
所替代，因为这些新的定律不但能说明旧定律所能解释的各
种现象，而且还能说明旧定律所不能解释的一些现象。
以上这些，正如我已经说过的，是一种理想的科学研究
方法。但是在真正的实践中，科学工作者并不需要像做一套
柔软体操那样一步一步地进行下去，而且他们通常也不这样
做。
比起旁的事情来，像直觉、洞察力甚至运气这一类因素
常常更起作用。在整部科学史中充满了这样的例子。有不少
科学家仅仅根据很不充分的数据和很少一点实验结果(有时
甚至一点实验结果也没有)，便突然灵机一动，得出了有用
的、合乎事实的论断。这样的论断，如果按部就班地通过上
述理想的科学研究方法进行，就可能要用好几年的时间才能
得到。
例如，凯库勒就是在邮车上打瞌睡的时候，突然领悟到
苯的化学结构的。洛维则在半夜醒来的时候，突然得到了关
于神经刺激的化学传导问题的答案。格拉泽却由于无聊地凝
视着一杯啤酒，才得到了气泡室的想法。
然而这是不是说，一切都是凭好运气得来的，根本不需
要动脑筋去思考呢?不，绝对不是的。这样的“好运气”只
有那些具有最好领悟力的人才会碰上，换句话说，有些人之
所以会碰上这样的“好运气”，只是因为他们具有十分敏锐
的直觉，而这种敏锐的直觉则是依靠他们丰富的经验、深刻
的理解力和平时爱动脑筋换来的。
阿西莫夫《你知道吗?--现代科学中的一百个问题》
科学普及出版社
1984年

⑵ 科学的研究方法有哪些

所谓科学的研究方法，很明显就是科学工作者在从事某
项科学发现时所采用的方法。但是。这个过于简单的说明对
我们没有多大帮助。能不能对这个问题作出更详细的说明呢？
好吧！我们可以描述一下这个问题的一个理想答案。
（1）在进行科学研究时，应当首先认识到问题的存在。
例如，在研究物体的运动时，首先应当注意到物体为什么会
像它所发生的那样进行运动，亦即物体为什么在某种条件下
会运动得越来越快（加速运动），而在另一种条件下则会运
行得越来越慢（减速运动）。
（2）要把问题的非本质方面找出来，加以剔除。例如，
一个物体的味道对物体的运动是不起任何作用的。
（3）要把你能够找到的、同这个问题有关的全部数据
都收集起来。在古代和中世纪，这一点仅仅意味着如实地对
自然现象进行敏锐观察。但是进入近代以后，情况就有所不
同了，因为人们从那时起已经学会去模仿各种自然现象，也
就是说，人们已经能够有意地设计出种种不同的条件来迫使
物体按一定的方式运动，以便取得与该问题有关的各种数据。
例如，可以有意地让一些球从一些斜面上滚下来；这样做时，
既可以用各种大小不同的球，也可以改变球的表面性质或者
改变斜面的倾斜度，等等。这种有意设计出来的情况就是实
验，而实验对近代科学起的作用是如此之大，以致人们常常
把它称为“实验科学”，以区别于古希腊的科学。
（4）有了这些收集起来的数据，就可以作出某种初步
的概括，以便尽可能简明地对它们加以说明，亦即用某种简
明扼要的语言或者某种数学关系式来加以概括。这也就是假
设或假说。
（5）有了假说以后，你就可以对你以前未打算进行的
实验的结果作出推测。下一步，你便可以着手进行这些实验，
看看你的假说是否成立。
（6）如果实验获得了预期的结果，那么，你的假说便
得到了强有力的事实依据，并可能成为一种理论，甚至成为
一条“自然定律”。
当然，任何理论或自然定律都不是最后定论。这一过程
会一次又一次地重复下去。新的数据，新的观察和新的实验
结果将不断出现，旧的自然定律将不断为更普遍的自然定律
所替代，因为这些新的定律不但能说明旧定律所能解释的各
种现象，而且还能说明旧定律所不能解释的一些现象。
以上这些，正如我已经说过的，是一种理想的科学研究
方法。但是在真正的实践中，科学工作者并不需要像做一套
柔软体操那样一步一步地进行下去，而且他们通常也不这样
做。
比起旁的事情来，像直觉、洞察力甚至运气这一类因素
常常更起作用。在整部科学史中充满了这样的例子。有不少
科学家仅仅根据很不充分的数据和很少一点实验结果（有时
甚至一点实验结果也没有），便突然灵机一动，得出了有用
的、合乎事实的论断。这样的论断，如果按部就班地通过上
述理想的科学研究方法进行，就可能要用好几年的时间才能
得到。
例如，凯库勒就是在邮车上打瞌睡的时候，突然领悟到
苯的化学结构的。洛维则在半夜醒来的时候，突然得到了关
于神经刺激的化学传导问题的答案。格拉泽却由于无聊地凝
视着一杯啤酒，才得到了气泡室的想法。
然而这是不是说，一切都是凭好运气得来的，根本不需
要动脑筋去思考呢？不，绝对不是的。这样的“好运气”只
有那些具有最好领悟力的人才会碰上，换句话说，有些人之
所以会碰上这样的“好运气”，只是因为他们具有十分敏锐
的直觉，而这种敏锐的直觉则是依靠他们丰富的经验、深刻
的理解力和平时爱动脑筋换来的。

阿西莫夫《你知道吗？——现代科学中的一百个问题》
科学普及出版社 1984年

⑶ 目前金属表面检测的主要方法有哪些

主流金属制品表面缺陷在线检测方法。
一、漏磁检测
漏磁检测技术广泛应用于钢铁产品的无损检测。其检测原理是，利用磁源对被测材料局部磁化，如材料表面存在裂纹或坑点等缺陷，则局部区域的磁导率降低、磁阻增加，磁化场将部分从此区域外泄，从而形成可检验的漏磁信号。在材料内部的磁力线遇到由缺陷产生的铁磁体间断时，磁力线将会发生聚焦或畸变，这一畸变扩散到材料本身之外，即形成可检测的磁场信号。采用磁敏元件检测漏磁场便可得到有关缺陷信息。因此，漏磁检测以磁敏电子装置与磁化设备组成检测传感器，将漏磁场转变为电信号提供给二次仪表。
漏磁检测技术的整个过程为：激磁-缺陷产生漏磁场-传感器获取信号-信号处理-分析判断。在磁性无损检测中，磁化时实现检测的第一步，它决定着被测量对象(如裂纹)能不能产出足够的可测量和可分辨的磁场信号，同时也影响着检测信号的性能，故要求增强被测磁化缺陷的漏磁信号。被测构件的磁化由磁化器来实现，主要包括磁场源和磁回路等部分。因此，针对被测构件特点和测量目的，选择合适的磁源和设计磁回路是磁化器优化的关键。
漏磁检测金属表面缺陷的物理基础使带有缺陷的铁磁件在磁场中被磁化后，在缺陷处会产生漏磁场，通过检测漏磁场来辩识有无缺陷。因此，研究缺陷漏磁场的特点，确定缺陷的特征，就成为漏磁检测理论和技术的关键。要测量漏磁场，测量装置须具有较高的灵敏度，特别是能测空间点磁场，还应有较大的测量范围和频带；测量装置须具有二维及三维的精确步进或调整能力，以确定传感器的空间位置；同时，应用先进的信号处理技术去除噪声，确定实际的漏磁场量。Foerster，Athertion 已成功应用霍尔器件检测缺陷，霍尔器件可在z—Y二维空间步进的最小间隔分别为2μm和0.1μm。
漏磁检测不仅能检测表面缺陷，且能检测内部微小缺陷；可检测到5X10mm。的微小缺陷；造价较低廉。其缺点是，只能用于金属材料的检测，无法识别缺陷种类。目前，漏磁检测在低温金属材料缺陷检测方面已进入实用阶段。如日本川崎公司千叶厂于1993年开发出在线非金属夹杂物检测装置；日本NKK公司福冈厂于同年研制出一种超高灵敏度的磁敏传感器，用于检测钢板表面缺陷。
二、红外线检测与技术
红外线检测是通过高频感应线圈使连铸板坯表面产生感应电流，在高频感应的集肤效应作用下，其穿透深度小于1 mm，且在表面缺陷区域的感应电流会导致单位长度的表面上消耗更多电能，引起连铸板坯局部表面的温度上升。该升温取决于缺陷的平均深度、线圈工作频率、特定输入电能，以及被检钢坯电性能、热性能、感应线圈宽度和钢运动速度等因素。当其它各种因素在一定范围内保持恒定时，就可通过检测局部温升值来计算缺陷深度，而局部温升值可通过红外线检测技术加以检定。利用该技术，挪威Elkem公司于1990年研制出Ther—mOMatic连铸钢坯自动检测系统，日本茨城大学工学部的冈本芳三等在检测板坯试件表面裂纹和微小针孔的实验研究中也利用此法得到较满意的结果。
三、超声波探伤技术
超声波检测是利用声脉在缺陷处发生特性变化的原理来检测。接触法是探头与工件表面之间经一层薄的起传递超声波能量作用的耦合剂直接接触。为避免空气层产生强烈反射，在探测时须将接触层间的空气排除干净，使声波入射工件，操作方便，但其对被测工件的表面光洁度要求较高。液浸法是将探头与工件全部浸入于液体或探头与工件之间，局部以充液体进行探伤的方法。脉冲反射法是当脉冲超声波入射至被测工件后，声波在工件内的反射状况就会显示在荧光屏上，根据反射波的时间及形状来判断工件内部缺陷及材料性质的方法。目前，超声波探伤技术已成功应用于金属管道内部的缺陷检测。
四、光学检测法
机器视觉是以图像处理理论为核心，属于人工智能范畴的一个领域，它是以数字图像处理、模式识别、计算机技术为基础的信息处理科学的重要分支，广泛应用于各种无损检测技术中。基于机器视觉的连铸板坯表面缺陷检测方法的基本原理是：一定的光源照在待测金属表面上，利用高速CCD摄像机获得连铸板坯表面图像，通过图像处理提取图像特征向量，通过分类器对表面缺陷进行检测与分类。20世纪70年代中期，El本Jil崎公司就开始研制镀锡板在线机器视觉检测装置 。1988年，美国Sick光电子公司也成功地研制出平行激光扫描检测装置，用以在线检测金属表面缺陷。基于机器视觉的表面在线检测与分类器设计的研究工作目前在国内尚处于起步阶段。1990年，华中理工大学采用激光扫描方法测量冷轧钢板宽度和检测孔洞缺陷，并开发了相应的信号处理电路；1995年又研制出冷轧连铸板坯表面轧洞、重皮和边裂等缺陷检测和最小带宽测量的实验系统。1996年，宝钢与原航天部二院联合研制出冷轧连铸板坯表面缺陷的在线检测系统，并进行了大量的在线试验研究。近年来，北京科技大学、华中科技大学等也研制出较为实用化的在线检测系统。
从检测技术的观点来看，基于机器视觉的钢表面缺陷检测系统面临困境：①要求检测到的缺陷的几何尺寸越来越小，有的甚至小于0.1 mm；② 检测对象可能处于运动状态，导致采集的图像抖动较大；③现场环境较恶劣，往往受烟尘、油污、温度高等因素的影响，引起缺陷图像信噪比下降；④表面缺陷的多样性(如冷轧连铸板坯表面可达100多种)，不同缺陷之间的光学特性、电磁特性不同；有的缺陷之间的差异不明显。因此，基于机器视觉的连铸板坯表面缺陷分类器要求具有收敛速度快、鲁棒性好、自学习功能等特点。

⑷ 科学研究的基本方法有哪3种

一、经验方法
一般说来,科学研究就是追求知识或解决问题的一项系统活动；有待解决的问题都是与研究对象的本质和规律有关的问题,而本质和规律是隐藏在现象中的,即在经验材料的背后.只有在关于对象的经验材料十分完备、准确可靠时,才能在这些材料的基础上建立正确的概念和理论,揭示对象的本质和规律,才能解决科研课题,即解决科学的问题.获得经验材料的方法就是经验方法,通常包括如下四个方面：
1、文献研究法
教育技术学的发展有很强的历史继承性,文献研究就是为了对所要解决的问题有个全面的历史的了解.有了这种了解,才能站在前人的肩膀上,把前人和当代的成果作为进一步前进的起点,不重复前人已经做过的工作,避免前人已经走过的弯路,把精力放在创造性的研究上.
文献研究法就是有关专业文摘、索引、工具书、光盘以及Internet教育信息资源等文献的检索方法以及鉴别文献真伪、发挥文献价值与创造性地利用文献的方法.
2、社会调查法
社会调查法就是人们有目的、有意识地对社会现象进行考察,从中获得来自社会系统中各种要素和结构的直接资料的一种方法.根据调查目的、调查对象和调查内容的不同,社会调查法可分为访问调查、问卷调查、个案调查等多种方法.在教育技术学研究中,经常使用问卷调查法.
3、实地观察法
实地观察法是研究者有目的、有计划地运用自己的感觉器官或借助科学观察仪器,直接了解当前正在发生的、处于自然状态下的社会现象的方法.
4、实验研究法
实验作为一种科学认识方法,开始是应用于自然科学领域,以后逐渐移植到社会科学领域.实验研究法是实验者有目的、有意识的通过改变某些社会环境的实践活动,来认识实验对象的本质及其规律的方法.实验研究法的基本要素是实验者,即实验研究中有目的、有意识的活动主体；实验对象,即实验研究所要认识的客体；实验环境和手段,即实验对象所处的社会条件.在教育技术实验研究中,实验环境就是利用现代信息技术进行教与学活动的特定社会条件；其实验手段就是借助现代信息技术进行刺激、干预、控制、检测实验对象的活动.实验研究的过程,就是这些要素相互作用、相互影响的过程.
二、理论方法
要达到完整的科学认识,仅仅运用经验方法是不够的,还必须运用科学认识的理论方法对调查、观察、实验等所获得的感性材料进行整理、分析,把原来属于零散的、片面的和表面的感性材料进行加工,使之上升为本质的、深刻的和系统的理性认识.科学研究法中的理论方法就是提供这种从感性认识向理性认识飞跃的切实可行的、具体的思考方法与加工处理的步骤的方法.它主要包括两个方面：
1、数学方法
所谓数学方法,就是在撇开研究对象的其他一切特性的情况下,用数学工具对研究对象进行一系列量的处理,从而作出正确的说明和判断,得到以数字形式表述的成果.
科学研究的对象是质和量的统一体,它们的质和量是紧密联系,质变和量变是互相制约的.要达到真正的科学认识,不仅要研究质的规定性,还必须重视对它们的量进行考察和分析,以便更准确地认识研究对象的本质特性.在教育技术学研究中,数学方法主要是运用统计处理和模糊数学分析方法.
2、思维方法
科学的思维方法是人们正确进行思维和准确表达思想的重要工具,在科学研究中最常用的科学思维方法包括归纳演绎、类比推理、抽象概括、思辩想象、分析综合等,它对于一切科学研究都具有普遍的指导意义.
三、系统科学方法
20世纪,系统论、控制论、信息论等横向科学的迅猛发展,为发展综合思维方式提供了有力的手段,使科学研究方法不断地完善.而以系统论方法、控制论方法和信息论方法为代表的系统科学方法,又为人类的科学认识提供了强有力的主观手段.它不仅突破了传统方法的局限性,而且深刻地改变了科学方法论的体系.这些新的方法,既可以作为经验方法,作为获得感性材料的方法来使用,也可以作为理论方法,作为分析感性材料上升到理性认识的方法来使用,而且作为后者的作用比前者更加明显.它们适用于科学认识的各个阶段,因此,我们称其为系统科学方法.

⑸ 科学研究方法有哪几种

所谓科学的研究方法，很明显就是科学工作者在从事某
项科学发现时所采用的方法。但是。这个过于简单的说明对
我们没有多大帮助。能不能对这个问题作出更详细的说明呢？
好吧！我们可以描述一下这个问题的一个理想答案。
（1）在进行科学研究时，应当首先认识到问题的存在。
例如，在研究物体的运动时，首先应当注意到物体为什么会
像它所发生的那样进行运动，亦即物体为什么在某种条件下
会运动得越来越快（加速运动），而在另一种条件下则会运
行得越来越慢（减速运动）。
（2）要把问题的非本质方面找出来，加以剔除。例如，
一个物体的味道对物体的运动是不起任何作用的。
（3）要把你能够找到的、同这个问题有关的全部数据
都收集起来。在古代和中世纪，这一点仅仅意味着如实地对
自然现象进行敏锐观察。但是进入近代以后，情况就有所不
同了，因为人们从那时起已经学会去模仿各种自然现象，也
就是说，人们已经能够有意地设计出种种不同的条件来迫使
物体按一定的方式运动，以便取得与该问题有关的各种数据。
例如，可以有意地让一些球从一些斜面上滚下来；这样做时，
既可以用各种大小不同的球，也可以改变球的表面性质或者
改变斜面的倾斜度，等等。这种有意设计出来的情况就是实
验，而实验对近代科学起的作用是如此之大，以致人们常常
把它称为“实验科学”，以区别于古希腊的科学。
（4）有了这些收集起来的数据，就可以作出某种初步
的概括，以便尽可能简明地对它们加以说明，亦即用某种简
明扼要的语言或者某种数学关系式来加以概括。这也就是假
设或假说。
（5）有了假说以后，你就可以对你以前未打算进行的
实验的结果作出推测。下一步，你便可以着手进行这些实验，
看看你的假说是否成立。
（6）如果实验获得了预期的结果，那么，你的假说便
得到了强有力的事实依据，并可能成为一种理论，甚至成为
一条“自然定律”。
当然，任何理论或自然定律都不是最后定论。这一过程
会一次又一次地重复下去。新的数据，新的观察和新的实验
结果将不断出现，旧的自然定律将不断为更普遍的自然定律
所替代，因为这些新的定律不但能说明旧定律所能解释的各
种现象，而且还能说明旧定律所不能解释的一些现象。
以上这些，正如我已经说过的，是一种理想的科学研究
方法。但是在真正的实践中，科学工作者并不需要像做一套
柔软体操那样一步一步地进行下去，而且他们通常也不这样
做。
比起旁的事情来，像直觉、洞察力甚至运气这一类因素
常常更起作用。在整部科学史中充满了这样的例子。有不少
科学家仅仅根据很不充分的数据和很少一点实验结果（有时
甚至一点实验结果也没有），便突然灵机一动，得出了有用
的、合乎事实的论断。这样的论断，如果按部就班地通过上
述理想的科学研究方法进行，就可能要用好几年的时间才能
得到。
例如，凯库勒就是在邮车上打瞌睡的时候，突然领悟到
苯的化学结构的。洛维则在半夜醒来的时候，突然得到了关
于神经刺激的化学传导问题的答案。格拉泽却由于无聊地凝
视着一杯啤酒，才得到了气泡室的想法。
然而这是不是说，一切都是凭好运气得来的，根本不需
要动脑筋去思考呢？不，绝对不是的。这样的“好运气”只
有那些具有最好领悟力的人才会碰上，换句话说，有些人之
所以会碰上这样的“好运气”，只是因为他们具有十分敏锐
的直觉，而这种敏锐的直觉则是依靠他们丰富的经验、深刻
的理解力和平时爱动脑筋换来的。

⑹ 什么是表面科学，与表面工程有什么区别

表面科学是发生在两种相（包括固液界面、固气界面、固真空接口和液气界面）的界面的物理和化学现象研究。它包括表面化学和表面物理等领域。一些相关的实际应用常称为为表面工程，包括如多相催化、半导体设备制造、燃料电池、自组装单分子膜、黏合剂等方面。表面科学和接口和胶体科学密切相关。界面化学和物理是双方共同课题。此外，界面与胶体科学研究由于接口特性发生在多相系统中的宏观现象。
表面工程是表面经过预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面的形态、化学成分、组织结构和应力状况，以获得表面所需性能的系统工程。表面工程技术是表面工程的核心和实质.

表面科学是一门涉及化学、材料、物理、生物等科学工程多学科的交叉领域，在当前的科学研究和工程应用中扮演着日益重要的角色，是应用化学、化学工程、材料科学以及其他相关专业的一门专业基础课程。其主要任务是通过各个教学环节，运用各种教学手段和方法，使学生掌握表面化学领域的基本概念、理论和研究方法以及本领域内的最新进展；主要内容包括：表面热力学、胶体与界面化学、表面活性剂化学、溶液中软硬聚集体、纳米粒子与纳米结构材料、材料（无机、有机）表面化学、微制造与微化工过程中的表面化学等领域。
表面工程技术分类：表面改性、表面处理、表面涂覆、复合表面工程、纳米表面工程技术。表面工程与人们的生产、生活息息相关。