علم و مهندسی مواد محاسباتی برای درک مواد، از مدل سازی، شبیه سازی، تئوری و انفورماتیک استفاده می کند. اهداف اصلی آن شامل کشف مواد جدید، تعیین رفتار و مکانیزم مواد، توضیح آزمایش ها و کاوش نظریه های مواد است. این علم همانند شیمی محاسباتی و زیست شناسی محاسباتی زیرمجموعه ای مهم و فزاینده برای علم مواد است.
همان طور که علم مواد تمام مقیاسهای طول، از الکترون گرفته تا اجزا را در بر می گیرد، زیرشاخه های محاسباتی آن نیز به همین صورت است. با وجود اینکه بسیاری از روش ها در حال تغییر و توسعه بوده و هستند، هفت روش اصلی شبیه سازی، یا موضوع، پدید آمده است. [ ۱]
این روش های شبیه سازی رایانه ای برای درک رفتار مواد در زمینه هایی که از لحاظ تئوری بسیار پیچیده اند، استفاده می شوند و با جزئیات و دقت بیشتر از آنچه که معمولاً از آزمایش به دست می آید، از مدل ها و تقریب ها استفاده می کنند. هر روش می تواند به طور مستقل برای پیش بینی خواص و مکانیزم مواد، تأمین اطلاعات سایر روش های شبیه سازی که به صورت جداگانه یا همزمان اجرا می شوند، مقایسه مستقیم یا پیدا کردن تضاد با نتایج تجربی استفاده شود. [ ۲]
یکی از زیرشاخه های برجسته علوم مواد محاسباتی، مهندسی مواد محاسباتی یکپارچه ( ICME ) است که به دنبال استفاده از نتایج و روش های محاسباتی همراه با آزمایش با تمرکز بر کاربردهای صنعتی و تجاری است. [ ۳] موضوعات عمده فعلی در این زمینه شامل کمیت و انتشار عدم قطعیت در سراسر شبیه سازی برای تصمیم گیری نهایی، زیرساخت داده برای به اشتراک گذاری ورودی و نتیجه شبیه سازی ها، [ ۴] طراحی و کشف مواد با بازده بالا، [ ۵] و رویکردهای جدید با افزایش چشمگیر قدرت محاسبات و ادامه تاریخ ابرمحاسبات است.
روش های ساختاری الکترونیکی معادله شرودینگر را برای محاسبه انرژی یک سیستم الکترون و اتم و واحدهای اساسی ماده چگال حل می کنند. انواع بسیاری از روشهای ساختار الکترونی با پیچیدگی محاسباتی گوناگون وجود دارد که دامنه ای از جایگزینی بین سرعت و دقت را در برمیگیرد.
نظریه تابعی چگالی ( DFT ) ، به دلیل توازن بین هزینه محاسباتی و قابلیت پیش بینی، بیشترین کاربرد را در علم مواد دارد. نظریه تابعی چگالی اغلب به محاسبه کمترین حالت انرژی سیستم اشاره دارد. با این حال، پویایی مولکولی ( حرکت اتمی در طول زمان ) را می توان با نیروهای محاسباتی DFT بین اتم ها نشان داد.
این نوشته برگرفته از سایت ویکی پدیا می باشد، اگر نادرست یا توهین آمیز است، لطفا گزارش دهید: گزارش تخلفهمان طور که علم مواد تمام مقیاسهای طول، از الکترون گرفته تا اجزا را در بر می گیرد، زیرشاخه های محاسباتی آن نیز به همین صورت است. با وجود اینکه بسیاری از روش ها در حال تغییر و توسعه بوده و هستند، هفت روش اصلی شبیه سازی، یا موضوع، پدید آمده است. [ ۱]
این روش های شبیه سازی رایانه ای برای درک رفتار مواد در زمینه هایی که از لحاظ تئوری بسیار پیچیده اند، استفاده می شوند و با جزئیات و دقت بیشتر از آنچه که معمولاً از آزمایش به دست می آید، از مدل ها و تقریب ها استفاده می کنند. هر روش می تواند به طور مستقل برای پیش بینی خواص و مکانیزم مواد، تأمین اطلاعات سایر روش های شبیه سازی که به صورت جداگانه یا همزمان اجرا می شوند، مقایسه مستقیم یا پیدا کردن تضاد با نتایج تجربی استفاده شود. [ ۲]
یکی از زیرشاخه های برجسته علوم مواد محاسباتی، مهندسی مواد محاسباتی یکپارچه ( ICME ) است که به دنبال استفاده از نتایج و روش های محاسباتی همراه با آزمایش با تمرکز بر کاربردهای صنعتی و تجاری است. [ ۳] موضوعات عمده فعلی در این زمینه شامل کمیت و انتشار عدم قطعیت در سراسر شبیه سازی برای تصمیم گیری نهایی، زیرساخت داده برای به اشتراک گذاری ورودی و نتیجه شبیه سازی ها، [ ۴] طراحی و کشف مواد با بازده بالا، [ ۵] و رویکردهای جدید با افزایش چشمگیر قدرت محاسبات و ادامه تاریخ ابرمحاسبات است.
روش های ساختاری الکترونیکی معادله شرودینگر را برای محاسبه انرژی یک سیستم الکترون و اتم و واحدهای اساسی ماده چگال حل می کنند. انواع بسیاری از روشهای ساختار الکترونی با پیچیدگی محاسباتی گوناگون وجود دارد که دامنه ای از جایگزینی بین سرعت و دقت را در برمیگیرد.
نظریه تابعی چگالی ( DFT ) ، به دلیل توازن بین هزینه محاسباتی و قابلیت پیش بینی، بیشترین کاربرد را در علم مواد دارد. نظریه تابعی چگالی اغلب به محاسبه کمترین حالت انرژی سیستم اشاره دارد. با این حال، پویایی مولکولی ( حرکت اتمی در طول زمان ) را می توان با نیروهای محاسباتی DFT بین اتم ها نشان داد.
