最新第一章 引言 南京大学研究生课程-谱学基础课件课件PPT.ppt 61页

'第一章引言南京大学研究生课程-谱学基础课件 谱学方法是探测物质微观结构的实验方法.许多相关仪器已成为常规测试工具.内容:分子光谱(微波谱,红外光谱,拉曼光谱,紫外-可见光谱);核磁共振谱;光电子能谱.目的:讲述谱学方法(尤其是分子光谱)的理论基础,使学生能掌握主要结构测试方法的基本原理及应用范围.课程基础：结构化学，线性代数，谱学原理 DissociationofICNAhmedZewail,Nobelprizeinchemistry1999 1.1发展简史光谱是研究光和物质及其相互作用的一门学科.1665年,牛顿用三棱镜观测到太阳白光的分解,并把其后面屏幕上出现的彩色带称为光谱(spectrum).他首次发现了获得光束中电磁辐射的强度按波长或频率分布的一种方法.1885年,Balmer拟合了氢原子发射光谱的谱线波长频率1926年,量子力学建立后,光谱理论和技术得到很大发展.1960年,激光器出现. 1.谱带(峰)位置:测量分子初态和终态的能量差.2.谱带强度:测量从一个能级跃迁到另一个能级的速率,与光谱选律有关.3.谱带的形状:与激发态的寿命,环境和动力学性质有关. 主要应用:研究分子结构物质或分子的定性定量分析分子内和分子间的能量转移分子的光化学过程及气体分子的电子激发态(Spectroscopyisappliedquantummechanics:abridgebetweenexperimentandtheory.) 1.2量子力学基础波函数代表电子波的振幅,用以描述体系的状态.波函数本身没有物理意义,然而代表几率密度波函数必须是单值且连续的,满足归一化条件:Ithinkitissafetoseethatnooneunderstandsquantummechanics.-R.Feynman(1965) 波函数由Schrodinger方程求得:对一个在三维空间中的粒子,经典动能为:利用经典力学与量子力学的对应关系: 定态Schrodinger方程的解是分立的,两个不同态之间的波函数是正交的,一般地,光谱实验探测不同能级间的能量差,(Bohr频率条件)（与时间无关） 其他物理量的期望值:这里A为Hermitian算符,(Hermitian矩阵)为简便,常使用Dirac符号,用代表(右矢,Ket))用代表(左矢,Bra)内积 可见(右矢的定义)(左矢的定义)两个态函数之间定义内积运算:显然例如,氢原子的电子波函数为:可记为: 好消息:可以求解Schrodinger方程并获得体系所有的物理性质坏消息:目前仅对一些模型体系找到了该方程的严格解.幸运的是:这些模型解与实际化学问题密切相关.量子化学家发展了一些美妙的近似方法和程序处理分子的能级和波函数. 1.2.1箱中的粒子:平动模型(与分子平动有关） 最低能量:测不准原理:若E=0,则T+V=T=0,从而,(违背了测不准原理） 量子力学的测不准定义为测不准定理一般表述为这里算符的对易关系为:例如,(标准差)（对于本征态，标准差为0）(若对易关系为0，则这两个算符可以交换，它们具有共同本征函数，可以同时测量） 简并态(与对称性有关)：多个态具有相同的能量。若a=b=c,则对(211),(121),(112)态,该模型对于模拟气相分子的平动能很有用.平动能导致气相光谱的Doppler加宽. 1.2.2刚性转子:双原子分子转动模型(转动惯量)(约化质量)（与分子转动有关）（x,y,z循环） 角动量算符的对易关系为(x,y,z循环)证明：利用 取:有:(简并度(2l+1)) 球谐函数(m>0)AssociatedLegendrepolynomial:(递推公式） 角动量的长度为转动能量:转动基态为E=0,对应(无零点能,但并不违背测不准原理，因为对易关系是成立的)(简并度为2l+1)(若L>0,则Lx＝Ly＝0违背测不准原理)l=2 1.2.3谐振子:振动(1)经典力学处理Hooke定律:平衡点:x=0k为力常数（与分子振动有关） Newton运动方程:可见振动频率:(经典谐振子可具有任意振幅,从而任意能量)动能:势能:总能量: (2)量子力学处理取 本征能量:(谐振动频率)零点能:(Hermite多项式) ,, (3)谐振子升降算符可以极大地简化振动问题中矩阵元和期望值的计算.定义:（Dirac）位置和动量算符可表为:代入:得: 对谐振子本征态,有从而即(降算符）(升算符） 已得求证:证明:定义算符:从而利用可见（量子数算符） 设则可见(c为归一化系数)另一方面,故 1.3Schrodinger方程的近似解法1.3.1变分法变分原理线性变分:本征值问题（试探函数要满足边界条件） 1.3.2微扰理论(相邻能级的贡献较大） 例.考虑对谐振子的微扰.解:利用得 故 实际上,该问题有严格解.令得从而与微扰理论结果完全一致.(偶然) 1.4统计力学基础统计力学把单个分子的量子力学性质与物质的宏观性质(热力学性质)联系起来.统计力学可研究分子在不同量子态间的布居数.分子在量子态的占据数与光谱跃迁及强度密切相关.Boltzmann分布:或量子态i的几率分布:z称为配分函数(partitionfunction)(n1为布居数,g1为简并度,1为能量,kB为Boltzman常数.) 每个分子的平均能量:物理量A的统计平均值:例:平动配分函数: (异核双原子分子)(同核双原子分子) 习题1.若1个He原子位于边长为2mm的立方体箱中,确定其第二激发态与第一激发态平动能的差.2.已知的振动频率为求H-Cl键的力常数及求在温度T=1000K下处于振动激发态(v=2)与振动基态的粒子数的比.3.对简谐振动,求矩阵元4.一维定态Schrodinger方程为:证明5.利用谐振子模型,计算双原子分子的振动配分函数. AtomicunitsTheatomicunitsareusuallyusedinquantumchemicalcalculations.Intheatomicunits,mass:1au=1822.89amulength(bohr,a0):1au=0.5291771Åenergy(hartree):1au=27.2114eV=219474cm-1=2625.50KJ/moletime:1au=0.0241890fs,1fs=10-15sE(ev)=1239.85/λ(nm)1kT=0.02569eV(T=298.15K) 第二章产品和服务设计学习目的（1）了解R&D的基本概念、方式的选择，研发工作的评价。（2）了解新产品的种类与选择（3）理解新产品开发各个阶段的内容（4）了解提高开发成功率的措施（5）了解服务设计的含义、意义、流程和方法，以及设计的要求（6）理解服务蓝图的绘制步骤与方法 第一节研究与开发概述一、R&D的含义企业的R&D是指企业的新产品或产品生产的新技术的研究与开发。宏观上讲，科技的研发是推动生产力发展的主要因素。对企业来说则直接影响到企业的竞争力，原因是：（1）R&D的质量直接影响企业的产品质量（2）R&D的效率直接影响产品的生产和上市的时间（3）R&D直接影响产品的成本。 二、R&D的分类与特征（1）基础研究：可分为纯基础研究（大学和科研院所）和目的基础研究（企业），探索科学规律。（2）应用研究：为将新知识、新规律应用于产业而进行的研究。（3）开发研究：目的指向性、经济约束性强的研究 三、R&D领域的选择目的是发现能够最适度发挥企业资本收益，提高企业竞争力的事业领域，并对如何发挥新产品、新事业的各种机会进行探索。（1）在现有事业领域，依靠现有的技术开发多种类型或规格产品，以扩大现有的市场。（2）向现有市场推出用新技术开发的新产品，将市场细分为不同层次或群体。（3）将利用现有技术的产品打入新市场。（4）用新技术开发新产品，并开辟新的市场。产品研发的动力有两种：市场驱动型；技术驱动型市场技术（1）（3）（4）（2）新现有新现有NeedTheorySeedTheory 四、R&D方式的选择R&D方式的选择主要考虑：资源因素；R&D组织与预期效果。可采用的方式：（1）独立研发方式（2）委托研发方式（3）共同研发方式 五、R&D的评价1．评价标准标准类型具体内容技术评价标准成功的可能性、可靠性、操作性能、结构的新颖性和可继承性、技术的前向和后向联系等生产评价标准合理的制造工艺、材料的有效利用、大规模生产的可能性、标准化的可能和程度等财务评价标准研发和生产成本、潜在发展的可能性、与R&D相关的投入资本、经济效益等市场评价标准产品的独创性和新颖性、价格、质量、性能、预期的市场规模与竞争、市场需求的稳定性等管理评价标准产品的预期市场寿命、对企业经营目标的贡献度、对企业声誉的贡献、所需的人才和设备及其它资源、整个R&D战略计划的平衡等2．评价的实施方法1）R&D开始前的评价；2）R&D过程中的评价3）R&D结束时的评价；4）跟踪评价 第二节产品设计一、新产品的种类与选择1．种类：全新；换代；改进2．新产品的选择企业的经营方向企业的技术特长产品的获利能力 二、新产品开发的基本阶段市场研究1．需求研究2．技术研究概念设计产品设计1．编制技术任务书2．方案设计3．技术设计4．工作图设计工艺设计1．产品图纸的工艺分析与审查2．拟订工艺方案3．编制工艺规程4．工艺装备的设计与制造新产品试制1．样品试制2．小批试制用户 新产品构思创意的方法一品质分析功能分析效益分析用途分析检查表品质扩展模拟产品试验系统分析独特性能分析等级设计弱点分析唯一致命弱点二需求分析综合列表法问题分析缺口分析市场细分化相关品牌归类三关联分析二维矩阵形态学矩阵强制关联类推自由联想四趋势分析自由遐想起因趋向趋势预测法趋势区域热门产品五群体创造力头脑风暴法多学科小组法集思广益德尔菲法!集体笔记本法六其他技术预测倾向思考创造性刺激常规解答交叉知识汇集优胜者关键词监控专利研究竞争性分析运用荒谬想法 基于PDM的集成框架PDM产品数据管理（用户权限管理、工作流程管理、数据管理等）ERP企业资源规划库存管理、销售管理、生产管理、质量管理、财务管理DATA零件特征建模特征信息提取CAD工艺规程编制工时计算CAPP零件加工仿真刀位文件CAMNC后置处理NC代码文件用户界面信息处理集成数据模型API函数 三、提高产品开发的成功率为用户设计为制造设计运用并行工程方法统一各职能部门意见 第三节服务设计开发一、服务设计概述服务设计是有效的计划和组织一项服务中所涉及的人、基础设施、通信交流以及物料等相关因素，从而提高用户体验和服务质量的设计活动。1．意义可以有效地提高品牌和企业的整体形象，使消费者对服务产生更大的满意度。服务设计能够帮助企业提高服务效率从而节约成本。2．对象：服务行业3．流程：第一步：服务发掘定位；第二步：服务方案形成；第三步：服务整合说明；第四步：服务产生；第五步：服务体验评估；第六步：服务传递。4．方法：服务路径走察，文化背景调研，日志法，背景访谈，头脑风暴，形象辅助，联合创造，原型走察，人物角色分析，服务设计蓝图，角色扮演，故事版等 二、对服务设计的要求詹姆斯海克特认为服务设计设计4个要素（1）目标市场（2）服务概念或服务创新（3）服务策略或服务内容（4）服务过程服务设计过程要注意的两点是服务要求变化的程度及顾客接触的程度服务设计注意的原则：（1）服务系统对用户是友好的（2）服务系统具有稳定性和标准化的特点，保证服务人员和服务系统提供一致的服务（3）服务系统为后台和前台之间提供有效的联系方式（4）强调服务质量证据的管理，使顾客了解系统所提供服务的价值（5）服务系统所耗费的都是有效成本 三、服务蓝图及其绘制含义：服务蓝图是详细描画服务系统的图片或地图，服务过程中涉及到的不同人员可以理解并客观使用它。作用：了解服务，有效设计流程和服务客户；规范操作与培训；明晰角色，增进协调；引导客户，控制服务；质量监控与完善。主要构成：由顾客行为、前台员工行为、后台员工行为和支持过程等内容构成。要素：结构要素；管理要素 绘制服务蓝图的基本步骤１.识别需要制定蓝图的服务过程２.识别顾客（细分顾客）对服务的经历３.从顾客角度描绘服务过程４.描绘前台与后台服务雇员的行为５.把顾客行为、服务人员行为与支持功能相连６.在每个顾客行为步骤加上有形展示 顾客电话预约修理修理部安排预约的时间接待顾客顾客驱车到达获得车辆信息顾客详述毛病细节问题诊断等候完成提供服务费用时间估计顾客付款顾客离开清洗车辆修后检查安排修理及必要的工作通知顾客取车顾客等候或离开现场顾客同意修理初步诊断起因清楚汽车修理服务蓝图第一步预备工作第二步问题诊断第三步修理第四步付款与取车否是准备顾客帐单'