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1、上海大学20122013学年秋季学期研究生课程考试课程名称： 数据分析与实验设计课程编号： 11S009003 论文题目: 正交试验设计法在纳米氧化锌制备上的应用 研究生姓名: 林栋 学 号: 12721858 论文评语:成 绩: 任课教师: 徐骞 评阅日期: 正交试验设计法在纳米氧化锌制备上的应用林栋 12721858 (上海大学 环化学院 上海大学 200444)摘要： 正交试验设计法是研究多因素多水平的一种设计方法，它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验，这些有代表性的点具备了“均匀分散，齐整可比”的特点，正交试验设计是分式析因设计的主要方法。它是一种高效率、快速、经济
2、的实验设计方法。日本著名的统计学家田口玄一将正交试验选择的水平组合列成表格，称为正交表。正交试验设计法是统计数学的重要分支，主要应用于工农业生产和科学研究过程中的科学试验。缩短试验周期，降低试验和生产成本，迅速找到优化方案，实现最大效益的目的。自从正交法在国内外推广应用以来，解决了不少科研生产中的关键问题，取得了显著的经济效益。 本文在介绍正交试验设计的基本概念后,介绍了它在纳米氧化锌制备方面的应用。关键词：正交试验设法 纳米氧化锌 因素 水平The Application Orthogonal Experimental Design Method in of Nano Zinc Oxide
3、PreparationLin Dong 12721858(Shanghai university cyclization college Shanghai university 200444)Abstract：Orthogonal experimental methed is a design method to study the level of multi-factor ，which is based on the orthogonality from the comprehensive test to select part of representative point test,
4、these representative point with characteristics of the uniform dispersion, neat comparable, orthogonal test design is the main method of fractional factorial design .It is a kind of high efficiency, rapid and economic experimental design method. Japan famous statistician taguchi xuan, composited the
5、 choice level of orthogonal test into form, which was called orthogonal table. The method of orthogonal test design is an important branch of mathematical statistics, which is mainly used in industrial and agricultural production and scientific research in the process of scientific experiments. It c
6、an shorten the test cycle, reduce the test and production cost, find optimization scheme quickly and achieve the purpose of maximum benefit. Since the orthogonal method was used at home and abroad, It has solved a lot of the key problem of the scientific research and production, and achieved remarka
7、ble economic benefit. Based on the introduction of the basic concept of orthogonal test design, I introduces its applications in nano zinc oxide preparation in this artical .Key word：Orthogonal method nano zinc oxide factor levels1.背景介绍20 世纪60 年代初, 正交试验设计方法从日本传入我国。20 年后, 该方法经田口玄一3 次优化设计传到中国并得到广泛的运用。
8、除一些已经成熟的标准外, 正交最优化设计无疑是我们的最佳选择。合理地、科学地进行正交试验设计, 不仅可以获得高质量、高可靠性的试验数据及试验产品, 而且在试验数据分析中, 我们更有利于掌握试验对象之间的内在联系、最佳掺量及工艺。试验安排妥当, 试验次数少且能获得满意的结果, 事半功倍、多快好省, 这样不仅节省了大量的人力、物力、财力, 同时还获得良好的技术经济效益1-2。正交试验法是目前最流行, 效果相当好的方法, 统计学家将正交设计通过一系列的表格来实现, 这些表叫正交表。 2. 正交试验设计法简介2.1正交试验表示法正交试验设计法是研究多因素多水平的一种设计方法，它是以概率论数理统计、专业
9、技术知识和实践经验为基础3。 充分利用标准化的正交表来安排试验方案，并对试验结果进行计算分析，最终达到减少试验次数，缩短试验周期，迅速找到优化方案的一种科学计算方法。 （1）其中L是正交表代号，M是因素水平数，n是横行个数，K是纵行个数。这个就是表示k因素，M水平正交表。常用的二水平正交试验表有、 等; 三水平正交试验表有等; 四水平正交试验表有 等。 正交法应用中几个常用名词（1）指标在试验中需要考查的效果的特性值，简称为指标。指标与试验目的是相对应的。例如，试验目的是提高产量，则产量就是试验要考查的指标；如果试验目的是降低成本，则成本就成了试验要考查的指标。总之，试验目的多种多样，而对应的
10、指标也各不相同。指标一般分为定量指标和定性指标，正交试验需要通过量化指标以提高可比性，所以，通常把定性指标通过评分定级等方法转化为定量指标。 （2）因素 因素也称因子，是试验中考查对试验指标可能有影响的原因或要素 它是试验当中重点要考查的内容。通常用大写英文字母 等来表示。一个字母表示一个因素，因素又分为可控因素和不可控因素。 可控因素指在现有科学技术条件下，能人为控制调节的因素；不可控因素指在现有科学技术条件下，暂时还无法控制和调节的因素。正交试验中，首先要选择可控因素列入到试验当中，而对不可控因素，要尽量保持一致，即在每个方案中，要对试验指标可能有影响的不可控因素，试验结果数据的处理过程中
11、，尽量要保持相同状态。这样，在进行就可以忽略不可控因素对试验造成的影响。 （3）水平。试验中选定的因素所处的状态和条件称为水平或位级。例如：加热温度70、80、903个状态，可分别用“1”、“2”、“3”来表示。又1个因素分为 2 水平 ，用“1”和“2”来表示。同理，一个因素也可分为 4水平、5水平或更多水平，以此类推。表1 表的格式Table.1 table format项目列123行1111212232124221从表1看，该表是一个3列4行的矩阵，每1个因素占用1列，该表最多能考查3个因素，每个因素分为2水平，共有4个横行，也就是有4个试验方案，每1行是1个方案。假若用A因素占第1列，
12、!B因素占第2列，则1号方案为A1B1C1，2号方案为A1B2C2，3号方案为!A2B1C2。4号方案为A2B2C1。只要因素上列，各因素水平度号入座，有几个横行就有几个试验方案。2.2 正交试验设计的特点4一是可以节省大量人力、物力、财力和时间。二是能够明确影响试验指标各因素的主次顺序，即了解哪些因素重要，哪些因素次要。 三是可以迅速找到优化方案，在产品开发设计中，迅速找到优化方案，可以大大缩短产品开发设计周期；在生产过程中很快找到优化方案，可以尽快使生产工艺按最佳工艺条件运行，早日实现高效益。 四是通过试验结果分析，可以进一步指明试验的方向，克服盲目性，等等。3 正交试验设计的一般步骤第一
13、步：明确试验目的，确定考查指标；第二步：确定因素、选取水平、制定因素水平表；第三步：选用合适的正交表进行表头设计；第四步：确定试验方案，做正交试验，记录试验结果；第五步：计算分析试验结果，选取优化方案；第六步：验证试验，确定最佳方案。44、正交试验设计在纳米氧化锌制备中的应用纳米ZnO是具有新型高功能附加值的一种精细化工产品，具有许多特殊性质，如体积效应、表面效应和久保效应等 在催化、滤光光化、医药、磁介质及新材料等方面有广阔的应用前景。下面从正交法在水热沉淀法制备纳米氧化锌粉末和金属有机化合物气相淀积（MOCVD） 法制备ZnO薄膜制备的应用介绍其对实验的优化处理过程4.1正交法在水热沉淀法
14、制备纳米ZnO粉末制备过程的应用5-6为了得到粒度佳性能优越的纳米ZnO，采用正交实验法确定各因素对粉体制备的影响：选取氨水与硫酸锌络合比、硫酸锌的浓度、煅烧温度、保温时间为4个独立因素，每个因素取3个水平；进行多因素线性分析，得出最佳粒径时的工艺参数实验制得的粉体粒度分布窄、团聚程度低、纯度高，制备过程污染小、成本低7-9。纳米ZnO的制备方法很多，主要有化学沉淀法、溶胶一凝胶法、微乳液法、固相化学反应法等 以碱式锌盐氢氧化锌为前驱体，可制备纳米ZnO的液相沉淀，但所得前驱体含有一定量的酸根或共存的碱式盐杂质，反复洗涤也难充分除去，而这些杂质对纳米ZnO粉体的质量和性能有一定的影响10-12
15、4.1.1采用正交设计方法安排实验，确定影响显著的工艺因素据研究，造成氧化锌成核与长大的主要影响因素为锌盐的浓度、络合比(锌盐与氨水的络合比)、煅烧温度和保温时间，所以设计了4因素3水平的正交实验然后按规定的试验条件进行试验，测出产品的试验指标各因素水平如表1表1 正交实验因素水平表Tab.1 Cross experimental design level水平锌盐浓度/（molL-1）络合比煅烧温度/保温时间/h10.251:1.5350120.21:24002300.1671：2.54503表2 正交实验安排与测试结果Tab. 2 orthogonal experimental arrangements and test results影响因素
