《碳納米材料生產過程建模及過程分析與控制研究》是依託清華大學，由吳甦擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：碳納米材料生產過程建模及過程分析與控制研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：吳甦
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳納米管以其優異的性能從而具有巨大的套用前景。但由於其生長過程尚不穩定，還未實現工業化生產。針對此現狀，本研究從關鍵質量指標入手，建立其與易測量的微觀指標之間的測量模型；其次通過建立表征模型提取微觀指標的空間特徵，將高維空間指標轉化為低維的特徵參數以便於提高后續模型及控制算法的穩定性；然後建立特徵參數與控制參數之間的生長過程模型；最後基於過程模型設計控制算法。本研究基於關鍵質量指標和微觀指標之間相關性的空間分布建立了測量模型，考慮了微觀指標的空間分布建立了表征模型，利用貝葉斯框架綜合了工程知識、專家意見以及實驗數據等多類型信息建立了生長過程模型；將碳納米管的關鍵質量指標、微觀指標、特徵參數以及生長過程參數有機的聯繫在一起，通過控制算法將其融合成針對碳納米管測量、表征、過程建模及控制的完整分析工具。本研究將有助於碳納米管工業化生產的實現，同時對其他納米材料的研究也將有一定的借鑑意義。
結題摘要
碳納米管具有巨大的套用前景。然其生長過程不穩定，未實現工業化生產。對此，本項目從關鍵質量指標入手，建立其與易測微觀指標間的測量模型；通過建立表征模型提取微觀指標的空間特徵，將高維空間指標轉化為低維的特徵參數；然後建立特徵參數與控制參數間的生長過程模型；最後基於過程模型設計控制算法。該項目與清華大學納米中心及天津富源原創合作，將該成果套用於納米材料的製備中，取得了良好的實踐成果。目前已發表4篇文章，另有1篇文章在撰寫中，其中3篇文章發表在SCI核心期刊上。“A Spatial Calibration Model for Nanotube Film Quality Prediction”基於關鍵質量指標和微觀指標之間相關性的空間分布建立了測量模型，達到降低測量成本和提高測量精度的目的。“A physical-statistical model for the growth process of Carbon Nanotubes”結合了碳納米管生長過程中的物理信息以及實驗數據等多類型信息建立了一個表征模型，將碳納米管的關鍵質量指標與生長過程參數有機的聯繫在一起。“A Run-to-Run Profile Control Algorithm for Improving the Flatness of Nano-Scale Products”提出了一種融合Run-to-Run控制技術和形態監視技術的形態控制算法，通過使用該算法，形成針對碳納米管測量、表征、過程建模及控制的完整分析工具。“An engineering-statistical model for synthesis process of nanomaterials” 將生長過程分為趨勢項和殘差項，建立了基於工程統計的生長模型。項目通過王鑫在美國喬治亞理工學院研究交流半年，與J.C. Lu 教授的課題組建立了合作，通過范孟琪與南加州大學黃強教授建立了合作關係並將赴美繼續該研究，說明本項目的研究水平與國際研究是齊頭並進的。和傳統的材料製作過程不同，碳納米材料存在著測量系統精度低、生產過程波動大的問題。目前對納米材料的研究集中於其生長機理的研究，而對其製備過程的質量控制研究很少。本研究從質量控制出發，建立了針對納米材料生產過程的完整的研究體系，使得製備質量和生產過程控制進入研究視野，對類似的研究和大規模製備有借鑑意義。
