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是否可以为普通客户 3D 打印原子轨道的形状?

免责声明:我不是专业的 3D 打印机,所以我不太熟悉 3D 打印的工作原理。

我正在考虑尝试制作原子轨道的真实模型,以清楚地了解轨道是如何真正成形的。我想尝试 3D 打印一个由彩色透明“墨水”组成的块,这样块中某个点的颜色的暗度应该与 ψ 2值(电子云的概率)成正比.这将打印一个块,其中高密度区域比光强度区域更暗。

我的问题是,是否有可能设计一种算法,根据 ψ 2的计算值在特定位置打印特定浓度的墨水,该值是通过求解薛定谔方程获得的。此外,是否有可能以合理的价格让普通客户(例如工程员工)负担得起?

根据提供的答案,我建议根据需要创建一个带有阴影的 3-d 图(在 2D 纸上!)。在 Mathematica 或 R 或​​ python 中,这应该是相当简单的,有一些对 GnuPlot 的调用。

4个回答

问题定义

我不太确定这是否真的是这个小组的问题。看起来问题本身更适合编程或物理组。解决了请求的计算(电子云形状)后,将要打印一些东西,但是......

打印概率云

首先,请看这里的例子

这是对 3D 打印技术的回顾。如果您的想法可行,我认为您应该有清楚的了解。

海事组织这不是今天的技术。总的来说(并且非常简单)我们有 3 种主要的印刷技术

  • 用实心(或半实心)长丝制成 - 可以是彩色和半透明的,但就您的需求而言并不是同质的
  • 固体粉末——可以是彩色的,但不能是透明的
  • 没有液体 - 可以是非常透明和有颜色的,但不幸的是不是彩色的

我会说渲染但不打印才是你真正需要的

基本上,我想在教学时制作一个概率密度模型,用于展示和讲述用途。与其在黑板上画一个粗略的形状,不如有一个精确制作的形状。完成后,它应该类似于一个透明的“玻璃状”立方体块,其中某些立方体像素为橙色,橙色的强度取决于薛定谔波动方程的 ψ 2值。
...一旦完成,模型可以旋转,并且由于墨水的透明性,可以很容易地可视化概率密度。
正如我在回答中提到的那样 - 今天不可能 AFAIK。可以用一块亚克力和激光,使内部起毛……但它不会是彩色的

正如 Darth pixel 所提到的,您最好的选择可能是探索次表面激光雕刻,它在亚克力内部制造小气泡,使其在某些地方的内部半透明(磨砂)。然而,它很昂贵,没有颜色,而且分辨率通常不是很好(它可能看起来边缘有斑点,而不是从清晰到白色的平滑渐变)。

更好的选择可能是将 2D 图像的概率图打印在轨道云中,其中高度对应于概率而不是颜色。 (所以它看起来像一座小山或一组小山)这只会让你花几美元。

我建议你看看 Polysher: http : //www.polymaker.com/shop/polysmoothpolysher/和 e3D cyclops extruder https://e3d-online.com/Cyclops你可以制作颜色渐变。

但与使用透明材料 100% 填充相比,甚至可能有一种更智能的方法来实现 alpha 透明度:

1)制作不透明材料节点的晶格(节点越大或越近意味着概率越大),并使用空气作为透明介质

2) 将 1) 浸入树脂中

3)用部分透明材料制作上述晶格,并将其浸入与透明材料具有相同折射率的树脂中。

3d 打印这样的渐变需要:

1) 能够将颜色绘制到 3D 模型中的程序 2) 能够打印多种颜色的 3D 打印机(多喷嘴 3D 打印机) 3) 某种将密度函数转换为颜色变化的方法。

某些类型的文件称为 .3mf 文件可以保存不同的颜色信息 - 但我认为将电子密度与颜色变化联系起来可能相当困难(如果可能的话)。

我认为更好的选择是使用 2D 图像的 3D 概率图,正如 Gumbo 所建议的那样。

我遇到了一个整洁的小项目,它是您正在寻找的一半。这些是数学上准确的 3D 打印原子轨道(用他们的薛定谔方程绘制)。链接在这里: https : //pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jchemed.6b00293

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