国自然的关键：如何从工程问题中提炼出科学问题呢？

原创 慢教授的科研江湖 慢教授的科研江湖 2024年08月12日 05:35 美国

昨日和师妹聊到国自然中的科学问题，师妹提究竟如何从工程或者技术中找科学问题呢？即，从工程问题的维度如何去找科学问题？

为了找到科学问题，我们首先要明确一个问题：即，🍀工艺、技术、及其背后的材料应用、性质、结构之间的关系是怎样的呢？如图2，

1. 材料结构决定性质——材料的电学、磁学、光学、热学、力学、化学等性能是由物质不同层次的结构所决定的

2. 材料性质决定应用

3. 材料的应用承载了工艺和技术

🍀当找到工艺或者技术背后对应的结构问题时，这个才是国自然的关注点-因为科学问题是一切工程问题的总机关❤️❤️❤️。

那么接下来该如何做呢？具体有如下四步：

1. 关键某一尺度特定/具体的结构决定了所需的性能/性质；-Look for it or them

2. 精确有效的调控上述特定/具体的结构-use specific approaches to gain this goal

3.如何确定调控手段的有效性-use different methods to characterize this specific structures

4.性能or性质测试，继而调整结构，从而验证构效关系。

在找寻过程科学问题的过程，可能你会问到：

🍀那么多尺度的材料结构究竟包含哪些呢？如下图所示，材料的性质通常是多尺度的过程相互关联，包括从原子尺度到宏观尺度。

纳观、微观和跨尺度是材料的核心组成。

💕材料的结构按照尺寸，如图所示，依次可以划分为纳观(nm)、微观(nm)、介观(mm)、宏观(cm)、器件(m)。

材料的纳观结构包括：电子结构，原子结构，缺陷结构，晶体结构，元素结构，分子结构，表界面结构。

微观结构包括：晶粒和晶界结构、孔隙结构、形貌结构等；

💕结构部分的创新是在多维度、多元的材料结构中找到决定对应性质的关键材料结构，利用方法是调控该结构，最后得到其构-效关系。

❤️❤️❤️找到主导的结构不是关键，关键是找到对其的调控方法，获得系列对应的结构，解析构-效关系才是结构创新的重中之重。

通过上面的讲解，你对于从工程问题中提炼科学问题是不是有了更深的理解呢？

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