《计算材料学2》课件.pptx

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1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,0,计算材料学2PPT课件,制作人：,时间：,2024,年,X,月,目录,第1章 简介第2章 计算方法第3章 材料模拟第4章 材料设计第5章 应用案例第6章 总结,01,第1章 简介,课程概述,计算材料学是研究材料的结构、性质和性能的计算机仿真科学领域。本课程将深入讲解计算材料学的基本概念和研究方法，探讨其在材料科学领域中的应用和意义，帮助学生全面了解计算材料学的重要性。教学目标包括培养学生的计算思维和解决问题的能力，提高学生的科学研究水平。,计算材料学的发展历程,计算机技术和材料研究相结合,起源,从简单模拟到

2、复杂材料设计,发展阶段,人工智能、高性能计算与材料科学的融合,未来发展趋势,通过计算机模拟实验过程和材料结构,材料模拟,01,03,预测材料的性能和行为,性能预测,02,利用计算方法设计新型材料,材料设计,光电材料,光伏器件模拟半导体材料设计,生物材料,仿生材料研究生物医用材料设计,新材料开发,高性能合金设计功能陶瓷模拟,计算材料学的应用领域,能源材料,储能材料的设计光伏材料研究,计算材料学,计算材料学是结合计算机科学和材料学的交叉学科，借助先进的计算机技术，模拟材料的结构和性能，为新材料的设计和开发提供重要支持。,计算材料学的意义,推动材料科学的发展,科学研究,优化新材料的性能,工程设计,降

3、低研发成本和周期,经济效益,02,第2章 计算方法,第一原理计算,第一原理计算是基于量子力学原理的计算方法，通过解决薛定谔方程来模拟材料的性质。密度泛函理论和赝势方法是常用的计算手段，能够准确描述材料的电子结构和能量特性。,第一原理计算,量子力学原理,基本原理和方法,电子结构计算,密度泛函理论,模拟材料性质,赝势方法,第一原理计算,密度泛函理论通过对电子密度的泛函进行近似处理，可以准确描述材料的结构和性质。赝势方法则通过将核与电子相互作用的势能抽象为有效势，简化了计算复杂度。,数值模拟,基本原理和算法,01,03,02,材料研究,应用和局限性,蒙特卡洛模拟,随机模拟,基本原理和模拟过程,相变和

4、晶体生长,应用场景,发展趋势,自动化材料发现智能材料设计高通量计算,机器学习在材料学中的应用,应用现状,材料分类性能预测结构优化,材料分类,应用现状,01,03,02,自动化材料发现,发展趋势,03,第3章 材料模拟,详细解释分子模拟技术的基本原理和计算过程,原理解析,01,03,分析分子模拟的具体模拟过程和方法论,模拟过程,02,探讨分子模拟技术在材料设计中的实际应用和成效,应用探讨,基于量子力学的材料模拟,基于量子力学的材料模拟是一种高度精确的计算方法，能够有效预测材料的性质和行为。通过量子力学的原理，可以模拟材料的电子结构，从而指导新材料的设计和研究,相场模拟,阐述相场模拟的理论基础和相

5、关数学模型,理论基础,详细介绍相场模拟的模拟原理和计算方法,模拟原理,讨论相场模拟在材料微结构演变方面的最新研究进展,研究进展,方法,高通量计算的具体方法和流程实例分析数据处理技术,作用,新材料发现中的应用筛选和优化流程未来发展趋势,高通量计算材料学,概念,高通量计算的定义应用领域优势和局限性,总结,本章介绍了材料模拟领域的重要技术和方法，包括分子模拟、基于量子力学的模拟、相场模拟和高通量计算。这些方法为新材料的设计和性能预测提供了有力支持，推动了材料科学的发展。,04,第4章 材料设计,材料基因组学,材料基因组学是通过计算方法对材料的基因型和表现型进行研究，可以帮助科学家理解材料的性能及其潜

6、在应用。通过预测材料的特性和性能，可以加速新材料的发现和设计过程。,材料基因组学,高通量计算材料学,研究方法,新材料设计,应用前景,高效快速,特点,量子力学计算,策略,01,03,与实验验证相辅相成,关系,02,模拟和优化,流程,算法,深度学习支持向量机,效果,提高设计效率加速材料创新,局限性,数据需求量大泛化能力有限,机器学习在材料设计中的应用,应用案例,晶体结构预测材料性能预测,全球合作与开放平台,全球合作对计算材料学的发展至关重要，能够整合全球资源共同推动研究进展。开放平台为科学家提供了合作和交流的平台，促进了计算材料学领域的技术创新和知识分享。,05,第五章 应用案例,介绍太阳能电池设

7、计原理,太阳能电池优化,01,03,探讨燃料电池设计的关键技术,燃料电池模拟,02,分析锂离子电池性能提升的策略,锂离子电池研究,光催化材料应用,讨论光催化材料的反应机理探索光催化材料设计新方法,光电材料模拟,光伏材料研究,介绍光伏材料的结构特点分析光伏效率影响因素,生物材料设计,探索仿生材料在医学领域的应用,仿生材料应用,讨论生物多功能材料的制备技术,生物多功能材料,分析生物降解材料的环境友好特性,生物降解材料,未来发展趋势,展望计算材料学在新材料研发中的角色，探讨计算材料学与人工智能、大数据的结合，为未来材料设计和优化提供新思路和方法。,计算材料学挑战,解决计算模拟与实验结果的差异,模拟精

8、度提升,应对大规模数据仿真的挑战,大规模计算需求,探索多尺度模拟的发展方向,多尺度模拟技术,构建材料计算数据库及应用,材料数据库建设,应用案例总结,本章内容介绍了计算材料学在能源材料设计、光电材料模拟、生物材料设计等领域的应用场景和研究进展。同时，展望了计算材料学未来的发展趋势和挑战，为材料科学领域的进步提供了重要参考。,06,第六章 总结,课程总结与展望,在本章节中，我们将总结本课程的主要内容和教学收获，同时展望学生在计算材料学领域的发展和应用前景。通过本课程的学习，希望学生能够更深入地理解计算材料学的重要性和潜力。,继续深入学习计算材料学的方法和技术,深入学习,01,03,鼓励学生在计算材料学领域中不断探索和创新,实践探索,02,明确未来学习的重点和发展方向,重点方向,感谢致辞,对参与本课程教学的老师表示衷心感谢,教师,感谢参与本课程学习的同学们,学生,鼓励学生在未来不断探索和创新,鼓励,期刊,Materials Science and EngineeringJournal of Computational Chemistry,网址,参考文献,书籍,计算材料学导论计算材料学实践指南,谢谢观看！,