《计算材料学》PPT课件

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1、计算材料学－虚拟实验一.材料模拟/计算的意义二.计算机实验（模拟）的概念与步骤三.计算软件MedeA简介和应用实例四.我们的目标和存在的问题五.总结胡锦涛总书记亲自为徐光宪院士颁奖一.材料模拟/计算的意义“进入21世纪以来，计算方法与分子模拟、虚拟实验，已经继实验方法、理论方法之后，成为第三个重要的科学方法，对未来科学与技术的发展，将起着越来越重要的作用。”—徐光宪院士－北京宏剑公司荣誉顾问－第四届国际理论化学、分子模拟和生命科学研讨会荣誉主席2009年1月9日上午，中共中央、国务院在北京隆重举行国家科学技术奖励大会。党和国家

2、领导人胡锦涛、温家宝、李长春、习近平、李克强出席大会并为获奖代表颁奖。北京宏剑公司荣誉顾问徐光宪院士获得2008年度国家最高科学技术奖。徐光宪(1920-)，1951年获美国哥伦比亚大学博士学位，北京大学教授。从事量子化学、化学键理论和稀土科学等领域的教学和研究。提出普适性更广的(nxcπ)格式和原子共价的新概念及其量子化学定义，根据分子结构式便可推测金属有机化合物和原子簇化合物的稳定性。建立了适用于研究稀土元素的量子化学计算方法和无机共轭分子的化学键理论。合成了具有特殊结构和性能的一系列四核稀土双氧络合物。1980年当选为中

3、国科学院院士。一.材料模拟/计算的意义科学计算已经是继理论科学、实验科学之后，人类认识与征服自然的第三种科学方法。－－原南开大学校长候自新一.材料模拟/计算的意义美国若干个专业委员会（1989）现代理论和计算机的进步，使得材料科学与工程的性质正在发生变化。材料的计算机分析与模型化的进展，将使材料科学从定性描述逐渐进入定量描述阶段。《90年代的材料科学与工程》美国国家科学研究委员会（1995）材料设计（materialsbydesign）一词正在变为现实，它意味着在材料研制与应用过程中理论的份量不断增长，研究者今天已经处在应用理

4、论和计算来设计材料的初期阶段。《材料科学的计算与理论技术》Ithasalwaysbeenadreamofmaterialsresearcherstodesignanewmaterialcompletelyonpaper,optimizingthecompositionandprocessingstepsinordertoachievethepropertiesrequiredforagivenapplication.GerbrandCeder,“ComputationalMaterialsScience:PredictingP

5、ropertiesfromScratch”,Science,Vol280,Issue5366,1099-1100,15May1998一.材料模拟/计算的意义Science文章所列举的计算材料设计的成功应用1.设计新型材料和器件i.高性能磁光记录材料：Tb/Bi/FeCo与Tb/Pb/FeCo超晶格ii.超硬材料：C3N4（硬度可以媲美金刚石？）iii.新型锂电池阴极材料：LixCoO2的替代品，Al替代Co？2.预言晶体结构（e.g.，针对70种合金，>120晶体进行10000个第一性原理能量计算，六个月）3.计算材料相图4.

6、获得实验难以实现的极端条件下（如高温、高压）的材料结构与物性实验上已知的材料种类和可能的种类的数量之比较传统实验vs.虚拟实验N.Quirke,Mol.Sim.,2001(26)1大多数材料的结构和性质并不为人所知。按照传统材料设计—爱迪生式方法进行材料制备、测试、分析，再结合理论研究，成本高、周期长。下面的对比充分说明了材料研究中虚拟实验的重要价值。一.材料模拟/计算的意义Celanese公司需要从300个候选物中找到新的共混材料。但是由于此类实验周期长(实验周期从1个月到1年不等)，实验投入大(据IDC调查，每个实验约花费

7、500-30000美元，我们这里选取1000美元)。所以Celanese公司使用虚拟实验方法对候选物进行预处理，并从中选出了30个最佳候选物进行试验，并最终得到所需材料。N.Quirke,Mol.Sim.,2001(26)1一.材料模拟/计算的意义ComputationalR&DisgrowinginrelativeimportanceModelingR&Dgrowsmuchfasterthanexperimentalresearch一.材料模拟/计算的意义总之，以量子理论为基础、以高性能计算为手段进行新材料的“理性设计”，将

8、是二十一世纪材料学的特色之一。这样的研究方式完全顺应目前倍受整个社会重视和倡导的绿色环保的思想，使材料学成为与生态环境协调发展的、更高境界的材料学。二.计算机实验(模拟)的概念与步骤1.计算材料学的概念2.计算机实验（模拟）的概念与步骤3.多尺度材料模拟方法简介二.计算机实验