C5303 Modelování vlastností pevných látek

Přírodovědecká fakulta
podzim 2015
Rozsah
1/1/0. 2 kr. (plus ukončení). Ukončení: k.
Vyučující
doc. Mgr. Jana Pavlů, Ph.D. (přednášející)
Ing. Monika Všianská, Ph.D. (přednášející)
Garance
doc. Mgr. Jana Pavlů, Ph.D.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
znalost termodynamiky a jednoduchých fázových diagramů
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Na konci tohoto kurzu bude mít student znalosti teoretických základů používaných v kvantově-mechanických výpočtech pevných látek a ve výpočetní termodynamice (metoda CALPHAD). Porozumí pravidlům práce s vybranými programy. Nabyté teoretické znalosti budou využity v praktické části výuky. Student bude schopen provádět základní výpočty a prezentovat získané výsledky.
Osnova
  • 1. Úvod: Principy modelování. Význam modelování v současné chemii pevných látek a materiálovém výzkumu. Souvislosti mezi experimentálním a teoretickým popisem fází. 2. Krystalografie: krystalová struktura materiálu a její popis, symetrie, souvislosti mezi krystalovou strukturou a termodynamikou, uspořádanost, typy fází. 3. Základní pojmy kvantové chemie (vlnová funkce, hustota pravděpodobnosti, Schrödingerova rovnice). Popis pevné látky z prvních principů (Born-Oppenheimerova aproximace, teorie funkcionálu hustoty, funkcionál výměnné a korelační energie, Blochův teorém). Metody výpočtů elektronové struktury a jejich přehled (APW, OPW, LCAO, KKR, LMTO, LAPW, pseudopotenciály). 4. Úvod do prostředí LINUX a do použití podpůrných programů (SSH, vi editor, …) používaných při kvantově-mechanických výpočtech v tomto prostředí. 5. Kvantově-mechanické výpočty I (parametry ovlivňující správnost výpočtu - vhodnost metody, síť k-bodů, cutt-off energie). Praktická aplikace získaných vědomostí (vstupní soubory a výpočet). 6. Kvantově-mechanické výpočty II (čistý prvek v základním stavu: energie, strukturní a mechanické vlastnosti, pásová struktura, hustoty stavů, magnetismus). Praktická aplikace získaných vědomostí (výstupní soubory a zpracování výsledků). 7. Kvantově-mechanické výpočty III (modelování teoretické pevnosti, bezdifúzní fázové transformace, tvorné energie, polymorfismus. Poruchy mřížek. Difúzní bariery, povrchy, rozhraní, kompozity.). Praktická aplikace získaných vědomostí. 8. Základní pojmy výpočetní termodynamiky (zákony termodynamiky, rovnováha, metoda CALPHAD, fázové diagramy) 9. Modely fází a jejich vztah ke krystalografické struktuře, Gibbsova energie fáze a její závislost na teplotě, tlaku a složení. 10. Výpočty fázových rovnovah metodou CALPHAD I (vstupní data pro semiempirické modelování, termodynamické databáze) Praktická aplikace získaných vědomostí (vstupní soubory). 11. Výpočty fázových rovnovah metodou CALPHAD II (hledání termodynamické rovnováhy, minimalizace Gibbsových energií) Praktická aplikace získaných vědomostí (výpočet fázového diagramu). 12. Výpočty fázových rovnovah metodou CALPHAD III (termodynamický assessment, optimalizace termodynamických dat). Praktická aplikace získaných vědomostí (výpočet fázového diagramu). 13. Prezentace získaných výsledků, diskuze použitých metod a přístupů
Literatura
  • GIUSTINO, Feliciano. Materials modelling using density functional theory : properties and predictions. Oxford: Oxford University Press, 2014, xiv, 286. ISBN 9780199662432. info
  • LEE, June Gunn. Computational materials science : an introduction. Boca Raton: CRC Press, 2012, xxi, 280. ISBN 9781439836163. info
  • JENSEN, Frank. Introduction to computational chemistry. 2nd ed. Chichester: John Wiley & Sons, 2007, xx, 599. ISBN 9780470011874. info
  • CALLISTER, William D. Fundamentals of materials science and engineering : an interactive e.text. 5th ed. New York: John Wiley & Sons, 2001, xxi, 524 s. ISBN 0-471-39551-X. info
  • SAUNDERS, Nigel a Peter A. MIODOWNIK. Calphad : calculation of phase diagrams : a comprehensive guide. Oxford: Pergamon, 1998, xvi, 479. ISBN 0080421296. info
  • KITTEL, Charles. Úvod do fyziky pevných látek. 1. vyd. Praha: Academia, 1985, 598 s. URL info
Výukové metody
přednášky, diskuze, práce na počítači, domácí práce
Metody hodnocení
Hodnocena bude: - míra porozumění teoretickým základům a praktickým aspektům prováděných výpočtů - kvalita provedení zadaných výpočtů - úroveň odevzdané zprávy Hodnocení proběhne formou posouzení kvality odevzdané zprávy a diskuzí nad získanými výsledky.
Další komentáře
Poznámka k ukončení předmětu: Pro zdárné ukončení předmětu je nutné provést zadané výpočty a vypracovat o nich zprávu.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2016, podzim 2017, podzim 2018, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.