有限元仿真模拟服务简介
仿真模拟就是通过理论上的数学建模和计算机求解来模拟各种物理、化学过程,具体包括力学、流体、电磁学、光学、声学、电化学、半导体等多个领域。而有限元方法则是一种求解偏微分方程的数值计算方法,是目前仿真模拟中广泛运用的一种方法。通过有限元模拟可以提升文章理论分析深度,提高文章档次。模拟可到非常直观,而且非常美观的物理量分布图像,把复杂的物理问题形象化,打动审稿人。实验结果和模拟结果可以相互验证,理论模拟使得结论更有说服力。一些通过实验难以获得的数据或信息,可以通过模拟的方法得到。
有限元模型案例
心血管支架从折叠到伸展的过程, 计算得到了支架受力后伸展的形状以及其中的应力分布。
物质在微流体通道中的输运和扩散。 在电渗流微流体器件中,物质流过为优化的U性管和结构优化的U形管。通过结构优化避免的物质展宽。
力学模拟
流体模拟
光学模拟
光通过狭缝的动态过程。平面光源遇到狭缝,大部分被反射,小部分通过狭缝形成衍射   
流体模拟-喷墨
喷墨打印中液滴的运动,计算得到了液滴的形状和速度分布。结果显示液滴在喷出的过程中尾部形成小液滴   
高档文章有限元模型案例
Advanced Materials力学模拟 计算力致发光器件中应力分布  
Advanced Materials力学模拟 优化钙钛矿电池的结构,提高弯折性能   
Nature Communications流体模拟 计算微流体通道内流场分布   
Advanced Materials电磁学 计算摩擦发电器件中的电势分布   
服务团队资质
联系我们
TEL:13121310927(李先生)微信同步
QQ :2756147459 ( 工作qq)
结构力学模拟
光子晶体模拟
生物反应器模拟
电子设备散热模拟
流体模拟
中科幻彩模拟计算业务详细介绍



中科幻彩现在提供模拟计算解决方案,业务涵盖以下多个方面:一、力学与柔性器件;二、微纳光学;三、半导体器件与光学;四、电磁学与MEMS器件;五、流体与微流控器件。

1、力学与柔性器件

柔性器件在拉伸过程中的应力应变分布,太阳能电池弯曲应力分析。

2、纳米光学
2.1 光的传播与散射
2.2 光谱计算(可见、红外)
2.3 极化激元
极化激元能过增强局部电场强度,从而在光谱,催化等材料科学领域广泛应用。图中设计二维材料的纳米棒,通过在纳米棒不同位置激发,可以通过电磁场分析产生的极化激元的情况。
2.4 光学器件设计

天线、光纤、波导、滤波器、调制器、传感器 (Nature Photonics, 2017, 11(8): 486.)文章中设计了二维材料和半导体异质结构,通过此结构设计成低损耗的光波导器件,在分析器件工作之前,可先通过模拟计算得到器件的波导模式分布和损耗。在光学器件的设计中提前模拟计算往往是必不可少的。

2.5 光催化
各种器件、二维材料和分子等光谱计算 (Science, 2018, 360(6393): 1105-1109.

不同位置由于电场局域程度不一样,催化效果也对应的改变。通过模拟计算得到了纳米金块不同区域的电场强度和反应的活化能,结果显示电场强的区域活化能更小,反应速率更快。

2.6 光学超材料设计

超材料就是通过人工构造的周期性结构使得材料具有实现通常状态下材料不可能具有的属性,例如负折射率、负磁导率等。同过超材料能实现光学隐身、全相位相片、超级透镜等特殊的光学效果。在设计超材料的过程当中理论上的模拟计算当然是必不可少的,有限元方法则是模拟计算中最常用的数值计算方法。

3、半导体器件与光学

主要包括光电器件的TCAD有限元模拟、FDTD时域差分电磁场模拟以及基于通用计算平台的载流子动力学模拟等。所涉及的材料体系包括常规半导体(如硅、砷化镓、氮化镓,钙钛矿等),半导体纳米结构(如量子点/薄膜,纳米线/柱/片等),金属纳米结构(如金属纳米颗粒)等。主要研究应用场景包括:

3.1 光电转换器件物理

a.常规器件光电转换效率的全流程模拟,包括器件光电响应仿真、光生载流子动力学模拟、内外量子效率计算、伏安曲线、转换效率等;

1 使用TCAD仿真软件模拟实现传统太阳能电池的全流程性能仿真,获得伏安曲线、内外量子效率等器件特性参数(Nat. Commun., vol. 4, no. May, p. 2950, 2013.

b. 纳米光学结构,如金属等离子激元、波导、光子晶体等,在太阳能电池上的应用

图 2 采用光学模拟探究各类光学结构对太阳能电池光吸收效能的影响,如背部金属电极、正表面金属结构、光子晶体、其他纳米谐振结构等 (Nano Lett., vol. 12, no. 1, pp. 214–218, 2012.)

c.其他微米至纳米级尺度光电器件和结构的光场仿真;

3 () GaN纳米柱内部光场共振模式模拟与阴极射线荧光谱(CL)对比 (Nano Lett., pp. 10–1021, 2018.);(右)InGaAs/GaAs 超晶格纳米线激光远场干涉图样仿真与试验结果对比(Nano Lett., vol. 16, no. 6, pp. 3524–3532, 2016.)

3.2 光电表征环境模拟与参数提取

a.半导体微纳结构的光学表征激发模拟,如共焦双光子的激发光场与荧光响应、平衡/非平衡光生载流子分布及其荧光响应,半导体材料荧光寿命图像(FLIM)的曲线拟合与参数提取;

图 4 通过对GaN纳米柱荧光寿命(TRPL)衰减曲线的建模拟合分析,提取半导体材料的性能参数,如载流子寿命,迁移率,结构表面缺陷密度等 (Gallium Nitride Materials and Devices XII, 2017, vol. 10104, p. 101040U.)

b. 半导体材料超快光谱,包括超快荧光光谱(TRPL)、超快透射谱(TA)的曲线拟合与参数提??;

图 5 通过对钙钛矿材料超快透射光谱(TA)的建模分析拟合,提取出相关载流子的弛豫动力学参数 (Nat. Commun., vol. 8, p. 14120, 2017.)

3.3 近场光学效应模拟

金属/半导体纳米结构的局域?。↙ocal Field)增强效应,即Purcell Effect模拟,包括基于光子晶体共振腔、波导、金属结构表面等离子激元等场景;

电磁波模拟

图 6 使用硅纳米线制作的纳米光学谐振腔。通过模拟获得其内部光场分布(左下)并计算出局部态密度增强系数(Purcell Factor)(右下)(Nat. Photonics, vol. 7, no. March, pp. 285–289, 2013.)

4、电磁场分析与 MEMS多物理场模拟

l 电容、电阻、摩擦电、压电传感器

模拟各种电学传感器的电流、电场、电势分布

l 麦克斯韦方程组分析与仿真模拟

通电线圈产生的磁场

l 磁性材料和永磁体有限元仿真

永磁体设计、永磁电机、磁性轴承以及与电磁相关的有限元数值模拟。

l 电磁场、声场和热场多物理场耦合有限元仿真

与电磁场、声场和热场多物理场耦合相关的电磁场相关领域的有限元仿真

5.1 涡流和流场模拟

5.2 电渗流以及物质在微流通道内的扩散

以下案例分析了一个U型电渗流器件中的溶质输运和扩散,使用模拟计算进行流体通道拐弯处几何优化,可以将弯曲引起的溶质弥散降至最低程度。

5、流体与微流控器件

5.3 介电泳

介电泳(Dielectrophoresis)是在外加电场作用下,由于悬浮颗粒与溶剂之间介电常数差异造成的作用力。介电泳作用力会将介电常数小于溶剂的颗粒拉往电场强度较低的地方。另外介电泳力的大小还与颗粒半径有关,所以介电泳常被用来分离大小不同的颗?;蛳赴?。

5.4 两相流

T型管利用两种不互溶液体来产生各种大小的微液滴,但液滴形成的大小和两个入口的流速,表面张力都有关系。利用两相流模拟方法能够准确模拟T型管中液滴的形成过程,还可以研究流体流动和添加剂化学品等因素,了解它们如何影响液滴大小及形成。

5.5 电浸润

电浸润就是通过外加电场操控液滴在固体表面的接触角。在一个原本疏水的表面,液滴具有较大的接触角,当施加一定的电压能使接触角变小。通过电极的设计和不对称施加电场,就能定向操控液滴的运动。电浸润的另一种应用场景是制作变焦透镜,通过电压调节液滴表面的曲率实现透镜曲率的调节。

5.6 各种亲疏水和浸润性现象

在固体表面亲疏水性和液滴表面张力作用下,液滴会发生各种不同的浸润性现象。

5.7 马兰格尼效应

马兰格尼(Marangoni)效应是液体表面张力梯度引起的流体运动。模拟液滴蒸发过程中形成的马兰格尼流动。