在实验和表征之外，科研领域还有两宝：理论计算和仿真模拟。理论计算自是不必说，而对于仿真模拟，很多...。
在实验和表征之外，科研领域还有两宝：理论计算和仿真模拟。理论计算自是不必说，而对于仿真模拟，很多人则并不是十分了解。通过仿真模拟，有助于提高对很多领域各个物理过程的理解和认识，节约时机和实验成本，提高科研效率，获得优质的科研成果。
超材料是通过人工构造的周期性结构使得材料具备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。
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一样的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。
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大范围的应用。图中设计二维材料的纳米棒，通过在纳米棒不同位置激发，能够最终靠电磁场分析产生的极化激元的情况。
文章中设计了二维材料与半导体异质结构，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。
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：
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；
图 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（un., vol. 4,no. May, p. 2950, 2013.）
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(NanoLett., vol. 12, no. 1, pp. 214–218, 2012.)
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等；
3.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取：
金属/半导体纳米结构的局域场（LocalField）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；
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。
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粒或细胞。
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，了解它们怎么样影响液滴大小及形成。
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。
电浸润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。
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。
COMSOL全称“COMSOL Multiphysics”是一款功能强大的通用多物理场仿真软件，用于仿真模拟工程、科学研究、数值计算等所有的领域的设计、设备及过程。首先COMSOL的功能非常齐全，其功能涵盖了力学、流体、电磁、传热、化工、电化学、声学等所有的领域。能够很好的满足不同研究领域科研人员的需求。并且对于不同的物理问题，其软件界面操作和建模方式是完全相同的，大幅度的降低了使用者的学习成本。
在当今的高档次科研论文中我们也可以见到许多工作都使用到了仿真模拟来阐述科学问题。一直以来仿真模拟就是一项重要的科研技能，在许多物理和工程类学科（力学，光学，流体力学，电磁学，声学，化工）中发挥着无法替代的作用。许多科研工作的理论分析，结构设计和优化都依靠仿真模拟来完成。近年来随着交叉学科的发展，仿真模拟的需求也不限于上述的学科，在新兴的材料科学，能源科学，生命科学的研究工作中也慢慢变得多的应用到仿真模拟这一工具。另一方面随着友好易用的商用仿真模拟软件COMSOL的出现，仿真模拟不再是一项需要深厚理论基础的高门槛技术。通过COMSOL软件的使用，慢慢的变多的科研工作者可通过仿真模拟帮助自身的研究工作。
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