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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

随着可持续发展的政策和日益严重的环境问题被提出，气体传感材料在环境检测的重要作用也引起人们更多的重视。本设计希望通过利用计算机辅助技术，通过建模技术与粒子动画效果对传感测试系统进行模拟设计与动态模拟分析，结合材料制备，传感测试技术，室内设计，机械设计，电气设计等相关知识，将多方面所学的知识进行整理结合，并应用3dsmax软件的建模功能与粒子动画技术对本设计中的测试系统进行建模，并对传感材料的反应机理，进行模拟展现。本设计的最终目的是通过计算机辅助设计软件将传感材料与传感测试技术进行可视化整合，并以此为计算机辅助设计在材料领域的应用进行新的尝试。

国内外研究现状

计算机辅助设计

计算机辅助设计在中国于八十年代末开始发展，直到九十年代中期一批批优秀的设计作品。随着时代的发展，越来越多优秀的软件被设计出来，并在使用中不断的进步与创新。计算机辅助设计的适用范围也在与日俱增，不仅是在艺术、广告、机械制造等领域成果显著，更在电气设计、建筑、室内设计、材料等方向也展露出了优秀的生命力与创造力。

近年来，人们尝试着将计算机辅助设计与各行各业联系起来，通过计算机辅助设计的高效率来实现人们各种奇思妙想，不仅节约成本，更能拓宽思路，开发出更加优秀的作品。其中不乏将算机辅助设计与陶瓷宣传相结合，不仅通过利用3ds max粒子特效技术中的流体动画技术与模型构建级材质效果相结合，更将陶瓷的优良性能与审美需求展现出来，达到更加直观宣传效果，勾起人们的购买欲，从而促进陶瓷行业的发展。有人将传统的建筑结构的布局与计算机辅助设计相结合，通过maxscript脚本语言对建筑结构进行分析，将各种布局规格化，重复性高的结构进行标准化，从而实现家居自动摆放，减少人工进行的重复性操作，以提高创作古建筑场景效率。不光是在古建筑上可以利用的建模技术，在现代建筑中依然不乏有人通过计算机辅助技术将现实中的事物复制搬运到计算机中，例如有人将学校各种建筑通过几何体堆叠的方式进行场景再现，使之比例大小与实物之间达到一比一的还原，并通过贴图、渲染、材质调理，纹路等操作使整体模型更加真实，甚至达到以假乱真的效果。当然也有人利用3dsmax的材质效果在机械设计中进行建模并渲染，使模型展现出半透明效果，以达到能够在渲染图中清晰直观的看到机械模型的内部结构，让设计出的作品的优点更加直观地展现出来。

2. 研究的基本内容

本设计将传感材料与传感测试系统相结合， 通过计算机辅助设计将测试系统的框架在3d设计软件中进行模拟，结合室内设计与建筑设计对实验室环境进行模拟还原，结合机械设计与电气设计对测试系统中所使用到的仪器与电子设备进行模拟绘制。并通过粒子动画技术对对材料内部反应机理进行高效模拟与计算。

材料制备方面通过将所配溶液旋涂在传感器基体器件上，形成凝胶后通过调控热蒸的温度，湿度，影响GQDs/TiO₂之间的相互作用形成有序的纳米结构，并通过等离子清洗技术和调控焙烧条件进行表面功能化，使复合薄膜具备P-N可控转换特性。本设计利用测试系统对所制备的纳米材料的气敏性能进行测试，并对数据进行分析处理。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案

（1）材料制备

通过将1.0g ticl4溶解于存在4e^-5mol f127聚合物0.3mol乙醇的中（[（ho（ch₂ch₂o）₁₀₆（ch₂ch（ch₃）o）₇₀（ch2ch2o）₁₀₆h，eo1₀₆po₇₀eo₁₀₆]，sigma）来制备ti的前体溶液。再将0.8ml 12m hcl滴入8ml gqds溶液（2mg / ml）中，然后在恒定搅拌下与上述溶液混合搅拌一夜。并通过将40μlgqds-ti前体溶液在相对湿度低于20％的条件下以4000rpm在一个传感器装置上旋涂60秒制备传感膜，然后在60℃下干燥2小时。将薄膜暴露于90％相对湿度的水蒸气条件下进行水热处理，温度为120℃下96小时。 然后通过在250℃的温度下退火2小时，以1.0℃/min的上升速率对膜进行热处理，并在300℃和氮气氛下进一步处理1小时。然后通过先在250℃的温度下退火2小时，再以1.0℃/min的上升速率对膜进行热处理，并在300℃温度下的氮气氛下进一步热处理1小时。

（2）模型设计与动画模拟

首先使用3dsmax建模软件对传感测试系统中所涉及的测试仪器、测试腔体、测试环境、电子设备、实验室布局、传感器件等三维立体事物在软件中进行建模。再依据每个物体本身具有的尺寸，颜色，材质等性质对模型的色彩、材质、贴图等进行一一对应的调整，以达到对真实事物的一比一模拟还原。通过3dsmax中的粒子动画功能对测试中所涉及到气体在传输过程与进入反应腔体后的变化进行流体效果模拟，并将气体与所制备的传感材料的反应原理进行动态模拟。最后将所有的模型进行整合，对整体的灯光、室内布局进行调整，并将动态的气体效果放入传输系统中， 展现出气体从气瓶开始，经管道传输，穿过量压器，在发泡器中进行混合，并在腔体中与测试材料发生反应的流程于最终的模拟测试系统文件中展现出来。

进度安排

4. 参考文献

[序号] 作者．题名[j]．刊名，出版年，卷号（期号）：引文页码．

[1] nadica d. abazovic, mirjana i. comor, miroslav d.dramic′anin, miroslav d. dramic′anin, dragana j.jovanovic, s. phillip ahrenkiel, jovan m. nedeljkovic．photoluminescence of anatase and rutile tio₂ particles [j]．j. phys. chem. b，2006，110：25366-25370．

[2] jiaguo yu，tingting ma，shengwei liu．enhanced photocatalytic activity of mesoporous tio₂ aggregates by embedding carbon nanotubes as electron-transfer channel [j]．phys. chem. chem. phys.，2011，13(8)：3491-3501．