Informace o předmětu

C5303 Pokročilé modelování pevných látek

Rozsah

1/1/0. 2 kr. (plus ukončení). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučováno prezenčně.

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

Základní znalosti z vysokoškolské fyzikální chemie (termodynamika, rovnováha, fázové diagramy, chemická struktura, kvantová chemie - obsaženo v předmětech - C1020, C4660, C4020, C9920, C9930).

Omezení zápisu do předmětu

Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.

Mateřské obory/plány

• Fyzikální chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Fyzikální chemie (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (program PřF, D-CH4)

Cíle předmětu

Cílem předmětu je objasnit problematiku modelování vlastností pevných látek za využití principů kvantové-mechaniky a výpočetní termodynamiky (metoda CALPHAD). Vysvětleny budou teoretické základy kvantové mechaniky a termodynamiky, přičemž důraz bude kladen na aplikaci teoretických znalostí do samotného modelování. Praktická část kurzu je zaměřena na principy práce s jednotlivými programy, jejichž platnost si studenti ověří při samostatné práci s dostupným software. Studenti se rovněž naučí své výsledky prezentovat písemnou formou odpovídající standardům používaným v daném oboru.

Výstupy z učení

Student bude po absolvování předmětu schopen:
- popsat a vysvětlit pojmy a principy kvantové mechaniky a termodynamiky související s modelováním pevných látek;
- identifikovat a vysvětlit souvislosti mezi pojmy tvořícími teoretický základ používaných metod a daty používanými jako vstupní parametry vlastních výpočtů ovlivňující kvalitu získaných výsledků;
- samostatně pracovat s dostupným sofware určeným pro počítačové modelování;
- navrhnout, vysvětlit a použít vhodnou metodu a pracovní postup pro modelování jednotlivých vlastností vybraného materiálu metodami kvantové mechaniky a / nebo výpočetní termodynamiky (metoda CALPHAD);
- prezentovat a diskutovat své výsledky písemnou formou odpovídající standardům používaným oboru;

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

• KITTEL, Charles. Úvod do fyziky pevných látek. 1. vyd. Praha: Academia, 1985, 598 s. URL 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
• GIUSTINO, Feliciano. Materials modelling using density functional theory : properties and predictions. Oxford: Oxford University Press, 2014, xiv, 286. ISBN 9780199662432. info
• JENSEN, Frank. Introduction to computational chemistry. 2nd ed. Chichester: John Wiley & Sons, 2007, xx, 599. ISBN 9780470011874. info
• LEE, June Gunn. Computational materials science : an introduction. Boca Raton: CRC Press, 2012, xxi, 280. ISBN 9781439836163. info
• LUKAS, Hans Leo, Suzana G. FRIES a Bo SUNDMAN. Computational thermodynamics : the Calphad method. Cambridge: Cambridge University Press, 2007, x, 313. ISBN 9780521868112. info

Výukové metody

přednášky, diskuze, práce na počítači (vhodné je mít vlastní notebook, který je možné si přinést do výuky), domácí práce

V případě, kdy opatření týkající se COVID-19 neumožní kontaktní výuku, bude způsob výuky upraven následovně: výuka bude vedena online v prostředí programu MS Teams nebo prostřednictvím nahraných přednášek (slovně komentovaných elektronických prezentací). Přednášky budou v případě zájmu doplněny o online konzultace.

Metody hodnocení

Hodnocení proběhne formou posouzení kvality odevzdané zprávy a diskuzí nad získanými výsledky. Hodnocena bude:
(1) kvalita provedení zadaných výpočtů;
(2) úroveň odevzdané zprávy;
(3) míra porozumění teoretickým základům a praktickým aspektům prováděných výpočtů.
Hodnocení může být realizováno jednou ze dvou forem: 1. prezenční ústní nebo 2. distanční ústní prostřednictvím MS Teams.

Navazující předměty

• C5305 Computational Thermodynamics

Informace učitele

Je vhodné mít vlastní notebook, který je možné si přinést do výuky.

Další komentáře

Poznámka k ukončení předmětu: Pro zdárné ukončení předmětu je nutné provést zadané výpočty a vypracovat o nich zprávu.
Výuka probíhá každý týden.

C5303 Pokročilé modelování pevných látek

Rozsah

1/1/0. 2 kr. (plus ukončení). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučováno prezenčně.

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

Rozvrh

St 8:00–9:50 B09/316

Předpoklady

Základní znalosti z vysokoškolské fyzikální chemie (termodynamika, rovnováha, fázové diagramy, chemická struktura, kvantová chemie - obsaženo v předmětech - C1020, C4660, C4020, C9920, C9930).

Omezení zápisu do předmětu

Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.

Mateřské obory/plány

• Fyzikální chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Fyzikální chemie (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (program PřF, D-CH4)

Cíle předmětu

Cílem předmětu je objasnit problematiku modelování vlastností pevných látek za využití principů kvantové-mechaniky a výpočetní termodynamiky (metoda CALPHAD). Vysvětleny budou teoretické základy kvantové mechaniky a termodynamiky, přičemž důraz bude kladen na aplikaci teoretických znalostí do samotného modelování. Praktická část kurzu je zaměřena na principy práce s jednotlivými programy, jejichž platnost si studenti ověří při samostatné práci s dostupným software. Studenti se rovněž naučí své výsledky prezentovat písemnou formou odpovídající standardům používaným v daném oboru.

Výstupy z učení

Student bude po absolvování předmětu schopen:
- popsat a vysvětlit pojmy a principy kvantové mechaniky a termodynamiky související s modelováním pevných látek;
- identifikovat a vysvětlit souvislosti mezi pojmy tvořícími teoretický základ používaných metod a daty používanými jako vstupní parametry vlastních výpočtů ovlivňující kvalitu získaných výsledků;
- samostatně pracovat s dostupným sofware určeným pro počítačové modelování;
- navrhnout, vysvětlit a použít vhodnou metodu a pracovní postup pro modelování jednotlivých vlastností vybraného materiálu metodami kvantové mechaniky a / nebo výpočetní termodynamiky (metoda CALPHAD);
- prezentovat a diskutovat své výsledky písemnou formou odpovídající standardům používaným oboru;

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

• KITTEL, Charles. Úvod do fyziky pevných látek. 1. vyd. Praha: Academia, 1985, 598 s. URL 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
• GIUSTINO, Feliciano. Materials modelling using density functional theory : properties and predictions. Oxford: Oxford University Press, 2014, xiv, 286. ISBN 9780199662432. info
• JENSEN, Frank. Introduction to computational chemistry. 2nd ed. Chichester: John Wiley & Sons, 2007, xx, 599. ISBN 9780470011874. info
• LEE, June Gunn. Computational materials science : an introduction. Boca Raton: CRC Press, 2012, xxi, 280. ISBN 9781439836163. info
• LUKAS, Hans Leo, Suzana G. FRIES a Bo SUNDMAN. Computational thermodynamics : the Calphad method. Cambridge: Cambridge University Press, 2007, x, 313. ISBN 9780521868112. info

Výukové metody

přednášky, diskuze, práce na počítači (vhodné je mít vlastní notebook, který je možné si přinést do výuky), domácí práce

V případě, kdy opatření týkající se COVID-19 neumožní kontaktní výuku, bude způsob výuky upraven následovně: výuka bude vedena online v prostředí programu MS Teams nebo prostřednictvím nahraných přednášek (slovně komentovaných elektronických prezentací). Přednášky budou v případě zájmu doplněny o online konzultace.

Metody hodnocení

Hodnocení proběhne formou posouzení kvality odevzdané zprávy a diskuzí nad získanými výsledky. Hodnocena bude:
(1) kvalita provedení zadaných výpočtů;
(2) úroveň odevzdané zprávy;
(3) míra porozumění teoretickým základům a praktickým aspektům prováděných výpočtů.
Hodnocení může být realizováno jednou ze dvou forem: 1. prezenční ústní nebo 2. distanční ústní prostřednictvím MS Teams.

Navazující předměty

• C5305 Computational Thermodynamics

Informace učitele

Je vhodné mít vlastní notebook, který je možné si přinést do výuky.

Další komentáře

Studijní materiály
Poznámka k ukončení předmětu: Pro zdárné ukončení předmětu je nutné provést zadané výpočty a vypracovat o nich zprávu.

C5303 Pokročilé modelování pevných látek

Rozsah

1/1/0. 2 kr. (plus ukončení). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučováno prezenčně.

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

Rozvrh

Čt 12:00–13:50 A08/309

Předpoklady

Základní znalosti z vysokoškolské fyzikální chemie (termodynamika, rovnováha, fázové diagramy, chemická struktura, kvantová chemie - obsaženo v předmětech - C1020, C4660, C4020, C9920, C9930).

Omezení zápisu do předmětu

Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.

Mateřské obory/plány

• Fyzikální chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Fyzikální chemie (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (program PřF, D-CH4)

Cíle předmětu

Cílem předmětu je objasnit problematiku modelování vlastností pevných látek za využití principů kvantové-mechaniky a výpočetní termodynamiky (metoda CALPHAD). Vysvětleny budou teoretické základy kvantové mechaniky a termodynamiky, přičemž důraz bude kladen na aplikaci teoretických znalostí do samotného modelování. Praktická část kurzu je zaměřena na principy práce s jednotlivými programy, jejichž platnost si studenti ověří při samostatné práci s dostupným software. Studenti se rovněž naučí své výsledky prezentovat písemnou formou odpovídající standardům používaným v daném oboru.

Výstupy z učení

Student bude po absolvování předmětu schopen:
- popsat a vysvětlit pojmy a principy kvantové mechaniky a termodynamiky související s modelováním pevných látek;
- identifikovat a vysvětlit souvislosti mezi pojmy tvořícími teoretický základ používaných metod a daty používanými jako vstupní parametry vlastních výpočtů ovlivňující kvalitu získaných výsledků;
- samostatně pracovat s dostupným sofware určeným pro počítačové modelování;
- navrhnout, vysvětlit a použít vhodnou metodu a pracovní postup pro modelování jednotlivých vlastností vybraného materiálu metodami kvantové mechaniky a / nebo výpočetní termodynamiky (metoda CALPHAD);
- prezentovat a diskutovat své výsledky písemnou formou odpovídající standardům používaným oboru;

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

• KITTEL, Charles. Úvod do fyziky pevných látek. 1. vyd. Praha: Academia, 1985, 598 s. URL 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
• GIUSTINO, Feliciano. Materials modelling using density functional theory : properties and predictions. Oxford: Oxford University Press, 2014, xiv, 286. ISBN 9780199662432. info
• JENSEN, Frank. Introduction to computational chemistry. 2nd ed. Chichester: John Wiley & Sons, 2007, xx, 599. ISBN 9780470011874. info
• LEE, June Gunn. Computational materials science : an introduction. Boca Raton: CRC Press, 2012, xxi, 280. ISBN 9781439836163. info
• LUKAS, Hans Leo, Suzana G. FRIES a Bo SUNDMAN. Computational thermodynamics : the Calphad method. Cambridge: Cambridge University Press, 2007, x, 313. ISBN 9780521868112. info

Výukové metody

přednášky, diskuze, práce na počítači (vhodné je mít vlastní notebook, který je možné si přinést do výuky), domácí práce

V případě, kdy opatření týkající se COVID-19 neumožní kontaktní výuku, bude způsob výuky upraven následovně: výuka bude vedena online v prostředí programu MS Teams nebo prostřednictvím nahraných přednášek (slovně komentovaných elektronických prezentací). Přednášky budou v případě zájmu doplněny o online konzultace.

Metody hodnocení

Hodnocení proběhne formou posouzení kvality odevzdané zprávy a diskuzí nad získanými výsledky. Hodnocena bude:
(1) kvalita provedení zadaných výpočtů;
(2) úroveň odevzdané zprávy;
(3) míra porozumění teoretickým základům a praktickým aspektům prováděných výpočtů.
Hodnocení může být realizováno jednou ze dvou forem: 1. prezenční ústní nebo 2. distanční ústní prostřednictvím MS Teams.

Navazující předměty

• C5305 Computational Thermodynamics

Informace učitele

Je vhodné mít vlastní notebook, který je možné si přinést do výuky.

Další komentáře

Studijní materiály
Poznámka k ukončení předmětu: Pro zdárné ukončení předmětu je nutné provést zadané výpočty a vypracovat o nich zprávu.

C5303 Pokročilé modelování pevných látek

Rozsah

1/1/0. 2 kr. (plus ukončení). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučováno prezenčně.

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

Rozvrh

Čt 8:00–9:50 C12/311

Předpoklady

Základní znalosti z vysokoškolské fyzikální chemie (termodynamika, rovnováha, fázové diagramy, chemická struktura, kvantová chemie - obsaženo v předmětech - C1020, C4660, C4020, C9920, C9930).

Omezení zápisu do předmětu

Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.

Mateřské obory/plány

• Fyzikální chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Fyzikální chemie (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (program PřF, D-CH4)

Cíle předmětu

Cílem předmětu je objasnit problematiku modelování vlastností pevných látek za využití principů kvantové-mechaniky a výpočetní termodynamiky (metoda CALPHAD). Vysvětleny budou teoretické základy kvantové mechaniky a termodynamiky, přičemž důraz bude kladen na aplikaci teoretických znalostí do samotného modelování. Praktická část kurzu je zaměřena na principy práce s jednotlivými programy, jejichž platnost si studenti ověří při samostatné práci s dostupným software. Studenti se rovněž naučí své výsledky prezentovat písemnou formou odpovídající standardům používaným v daném oboru.

Výstupy z učení

Student bude po absolvování předmětu schopen:
- popsat a vysvětlit pojmy a principy kvantové mechaniky a termodynamiky související s modelováním pevných látek;
- identifikovat a vysvětlit souvislosti mezi pojmy tvořícími teoretický základ používaných metod a daty používanými jako vstupní parametry vlastních výpočtů ovlivňující kvalitu získaných výsledků;
- samostatně pracovat s dostupným sofware určeným pro počítačové modelování;
- navrhnout, vysvětlit a použít vhodnou metodu a pracovní postup pro modelování jednotlivých vlastností vybraného materiálu metodami kvantové mechaniky a / nebo výpočetní termodynamiky (metoda CALPHAD);
- prezentovat a diskutovat své výsledky písemnou formou odpovídající standardům používaným oboru;

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

• KITTEL, Charles. Úvod do fyziky pevných látek. 1. vyd. Praha: Academia, 1985, 598 s. URL 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
• GIUSTINO, Feliciano. Materials modelling using density functional theory : properties and predictions. Oxford: Oxford University Press, 2014, xiv, 286. ISBN 9780199662432. info
• JENSEN, Frank. Introduction to computational chemistry. 2nd ed. Chichester: John Wiley & Sons, 2007, xx, 599. ISBN 9780470011874. info
• LEE, June Gunn. Computational materials science : an introduction. Boca Raton: CRC Press, 2012, xxi, 280. ISBN 9781439836163. info
• LUKAS, Hans Leo, Suzana G. FRIES a Bo SUNDMAN. Computational thermodynamics : the Calphad method. Cambridge: Cambridge University Press, 2007, x, 313. ISBN 9780521868112. info

Výukové metody

přednášky, diskuze, práce na počítači (vhodné je mít vlastní notebook, který je možné si přinést do výuky), domácí práce

V případě, kdy opatření týkající se COVID-19 neumožní kontaktní výuku, bude způsob výuky upraven následovně: výuka bude vedena online v prostředí programu MS Teams nebo prostřednictvím nahraných přednášek (slovně komentovaných elektronických prezentací). Přednášky budou v případě zájmu doplněny o online konzultace.

Metody hodnocení

Hodnocení proběhne formou posouzení kvality odevzdané zprávy a diskuzí nad získanými výsledky. Hodnocena bude:
(1) kvalita provedení zadaných výpočtů;
(2) úroveň odevzdané zprávy;
(3) míra porozumění teoretickým základům a praktickým aspektům prováděných výpočtů.
Hodnocení může být realizováno jednou ze dvou forem: 1. prezenční ústní nebo 2. distanční ústní prostřednictvím MS Teams.

Navazující předměty

• C5305 Computational Thermodynamics

Informace učitele

Je vhodné mít vlastní notebook, který je možné si přinést do výuky.

Další komentáře

Studijní materiály
Poznámka k ukončení předmětu: Pro zdárné ukončení předmětu je nutné provést zadané výpočty a vypracovat o nich zprávu.

C5303 Pokročilé modelování pevných látek

Rozsah

1/1/0. 2 kr. (plus ukončení). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
Vyučováno částečně online.

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

Rozvrh

St 12:00–13:50 C12/311

Předpoklady

Základní znalosti z vysokoškolské fyzikální chemie (termodynamika, rovnováha, fázové diagramy, chemická struktura, kvantová chemie - obsaženo v předmětech - C1020, C4660, C4020, C9920, C9930).

Omezení zápisu do předmětu

Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.

Mateřské obory/plány

• Fyzikální chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Fyzikální chemie (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (program PřF, D-CH4)

Cíle předmětu

Cílem předmětu je objasnit problematiku modelování vlastností pevných látek za využití principů kvantové-mechaniky a výpočetní termodynamiky (metoda CALPHAD). Vysvětleny budou teoretické základy kvantové mechaniky a termodynamiky, přičemž důraz bude kladen na aplikaci teoretických znalostí do samotného modelování. Praktická část kurzu je zaměřena na principy práce s jednotlivými programy, jejichž platnost si studenti ověří při samostatné práci s dostupným software. Studenti se rovněž naučí své výsledky prezentovat písemnou formou odpovídající standardům používaným v daném oboru.

Výstupy z učení

Student bude po absolvování předmětu schopen:
- popsat a vysvětlit pojmy a principy kvantové mechaniky a termodynamiky související s modelováním pevných látek;
- identifikovat a vysvětlit souvislosti mezi pojmy tvořícími teoretický základ používaných metod a daty používanými jako vstupní parametry vlastních výpočtů ovlivňující kvalitu získaných výsledků;
- samostatně pracovat s dostupným sofware určeným pro počítačové modelování;
- navrhnout, vysvětlit a použít vhodnou metodu a pracovní postup pro modelování jednotlivých vlastností vybraného materiálu metodami kvantové mechaniky a / nebo výpočetní termodynamiky (metoda CALPHAD);
- prezentovat a diskutovat své výsledky písemnou formou odpovídající standardům používaným oboru;

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

• KITTEL, Charles. Úvod do fyziky pevných látek. 1. vyd. Praha: Academia, 1985, 598 s. URL 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
• GIUSTINO, Feliciano. Materials modelling using density functional theory : properties and predictions. Oxford: Oxford University Press, 2014, xiv, 286. ISBN 9780199662432. info
• JENSEN, Frank. Introduction to computational chemistry. 2nd ed. Chichester: John Wiley & Sons, 2007, xx, 599. ISBN 9780470011874. info
• LEE, June Gunn. Computational materials science : an introduction. Boca Raton: CRC Press, 2012, xxi, 280. ISBN 9781439836163. info
• LUKAS, Hans Leo, Suzana G. FRIES a Bo SUNDMAN. Computational thermodynamics : the Calphad method. Cambridge: Cambridge University Press, 2007, x, 313. ISBN 9780521868112. info

Výukové metody

přednášky, diskuze, práce na počítači, domácí práce

V případě, kdy opatření týkající se COVID-19 neumožní kontaktní výuku, bude způsob výuky upraven následovně: výuka bude vedena online v prostředí programu MS Teams nebo prostřednictvím nahraných přednášek (slovně komentovaných elektronických prezentací). Přednášky budou v případě zájmu doplněny o online konzultace.

Metody hodnocení

Hodnocení proběhne formou posouzení kvality odevzdané zprávy a diskuzí nad získanými výsledky. Hodnocena bude:
(1) kvalita provedení zadaných výpočtů;
(2) úroveň odevzdané zprávy;
(3) míra porozumění teoretickým základům a praktickým aspektům prováděných výpočtů.
Hodnocení může být realizováno jednou ze dvou forem: 1. prezenční ústní nebo 2. distanční ústní prostřednictvím MS Teams.

Navazující předměty

• C5305 Computational Thermodynamics

Další komentáře

Studijní materiály
Poznámka k ukončení předmětu: Pro zdárné ukončení předmětu je nutné provést zadané výpočty a vypracovat o nich zprávu.

C5303 Pokročilé modelování pevných látek

Rozsah

1/1/0. 2 kr. (plus ukončení). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná 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

Rozvrh

Pá 11:00–12:50 C12/311

Předpoklady

Základní znalosti z vysokoškolské fyzikální chemie (termodynamika, rovnováha, fázové diagramy, chemická struktura, kvantová chemie - obsaženo v předmětech - C1020, C4660, C4020, C9920, C9930).

Omezení zápisu do předmětu

Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.

Mateřské obory/plány

• Fyzikální chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Fyzikální chemie (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (program PřF, D-CH4)

Cíle předmětu

Cílem předmětu je objasnit problematiku modelování vlastností pevných látek za využití principů kvantové-mechaniky a výpočetní termodynamiky (metoda CALPHAD). Vysvětleny budou teoretické základy kvantové mechaniky a termodynamiky, přičemž důraz bude kladen na aplikaci teoretických znalostí do samotného modelování. Praktická část kurzu je zaměřena na principy práce s jednotlivými programy, jejichž platnost si studenti ověří při samostatné práci s dostupným software. Studenti se rovněž naučí své výsledky prezentovat písemnou formou odpovídající standardům používaným v daném oboru.

Výstupy z učení

Student bude po absolvování předmětu schopen:
- popsat a vysvětlit pojmy a principy kvantové mechaniky a termodynamiky související s modelováním pevných látek;
- identifikovat a vysvětlit souvislosti mezi pojmy tvořícími teoretický základ používaných metod a daty používanými jako vstupní parametry vlastních výpočtů ovlivňující kvalitu získaných výsledků;
- samostatně pracovat s dostupným sofware určeným pro počítačové modelování;
- navrhnout, vysvětlit a použít vhodnou metodu a pracovní postup pro modelování jednotlivých vlastností vybraného materiálu metodami kvantové mechaniky a / nebo výpočetní termodynamiky (metoda CALPHAD);
- prezentovat a diskutovat své výsledky písemnou formou odpovídající standardům používaným oboru;

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

• KITTEL, Charles. Úvod do fyziky pevných látek. 1. vyd. Praha: Academia, 1985, 598 s. URL 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
• GIUSTINO, Feliciano. Materials modelling using density functional theory : properties and predictions. Oxford: Oxford University Press, 2014, xiv, 286. ISBN 9780199662432. info
• JENSEN, Frank. Introduction to computational chemistry. 2nd ed. Chichester: John Wiley & Sons, 2007, xx, 599. ISBN 9780470011874. info
• LEE, June Gunn. Computational materials science : an introduction. Boca Raton: CRC Press, 2012, xxi, 280. ISBN 9781439836163. info
• LUKAS, Hans Leo, Suzana G. FRIES a Bo SUNDMAN. Computational thermodynamics : the Calphad method. Cambridge: Cambridge University Press, 2007, x, 313. ISBN 9780521868112. info

Výukové metody

přednášky, diskuze, práce na počítači, domácí práce

Metody hodnocení

Hodnocení proběhne formou posouzení kvality odevzdané zprávy a diskuzí nad získanými výsledky. Hodnocena bude:
(1) kvalita provedení zadaných výpočtů;
(2) míra porozumění teoretickým základům a praktickým aspektům prováděných výpočtů;
(3) úroveň odevzdané zprávy;

Navazující předměty

• C5305 Computational Thermodynamics

Další komentáře

Studijní materiály
Poznámka k ukončení předmětu: Pro zdárné ukončení předmětu je nutné provést zadané výpočty a vypracovat o nich zprávu.

C5303 Modelování vlastností pevných látek

Rozsah

1/1/0. 2 kr. (plus ukončení). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná 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

Rozvrh

Po 17. 9. až Pá 14. 12. Čt 13:00–14:50 B09/316

Předpoklady

Základní znalosti z vysokoškolské fyzikální chemie (termodynamika, rovnováha, fázové diagramy, chemická struktura, kvantová chemie - obsaženo v předmětech - C1020, C4660, C4020, C9920, C9930).

Omezení zápisu do předmětu

Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.

Mateřské obory/plány

• Fyzikální chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Fyzikální chemie (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (program PřF, D-CH4)

Cíle předmětu

Cílem předmětu je objasnit problematiku modelování vlastností pevných látek za využití principů kvantové-mechaniky a výpočetní termodynamiky (metoda CALPHAD). Vysvětleny budou teoretické základy kvantové mechaniky a termodynamiky, přičemž důraz bude kladen na aplikaci teoretických znalostí do samotného modelování. Praktická část kurzu je zaměřena na principy práce s jednotlivými programy, jejichž platnost si studenti ověří při samostatné práci s dostupným software. Studenti se rovněž naučí své výsledky prezentovat písemnou formou odpovídající standardům používaným v daném oboru.

Výstupy z učení

Student bude po absolvování předmětu schopen:
- popsat a vysvětlit pojmy a principy kvantové mechaniky a termodynamiky související s modelováním pevných látek;
- identifikovat a vysvětlit souvislosti mezi pojmy tvořícími teoretický základ používaných metod a daty používanými jako vstupní parametry vlastních výpočtů ovlivňující kvalitu získaných výsledků;
- samostatně pracovat s dostupným sofware určeným pro počítačové modelování;
- navrhnout, vysvětlit a použít vhodnou metodu a pracovní postup pro modelování jednotlivých vlastností vybraného materiálu metodami kvantové mechaniky a / nebo výpočetní termodynamiky (metoda CALPHAD);
- prezentovat a diskutovat své výsledky písemnou formou odpovídající standardům používaným oboru;

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

• KITTEL, Charles. Úvod do fyziky pevných látek. 1. vyd. Praha: Academia, 1985, 598 s. URL 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
• GIUSTINO, Feliciano. Materials modelling using density functional theory : properties and predictions. Oxford: Oxford University Press, 2014, xiv, 286. ISBN 9780199662432. info
• JENSEN, Frank. Introduction to computational chemistry. 2nd ed. Chichester: John Wiley & Sons, 2007, xx, 599. ISBN 9780470011874. info
• LEE, June Gunn. Computational materials science : an introduction. Boca Raton: CRC Press, 2012, xxi, 280. ISBN 9781439836163. info
• LUKAS, Hans Leo, Suzana G. FRIES a Bo SUNDMAN. Computational thermodynamics : the Calphad method. Cambridge: Cambridge University Press, 2007, x, 313. ISBN 9780521868112. info

Výukové metody

přednášky, diskuze, práce na počítači, domácí práce

Metody hodnocení

Hodnocení proběhne formou posouzení kvality odevzdané zprávy a diskuzí nad získanými výsledky. Hodnocena bude:
(1) kvalita provedení zadaných výpočtů;
(2) míra porozumění teoretickým základům a praktickým aspektům prováděných výpočtů;
(3) úroveň odevzdané zprávy;

Navazující předměty

• C5305 Computational Thermodynamics

Další komentáře

Studijní materiály
Poznámka k ukončení předmětu: Pro zdárné ukončení předmětu je nutné provést zadané výpočty a vypracovat o nich zprávu.

C5303 Modelování vlastností pevných látek

Rozsah

1/1/0. 2 kr. (plus ukončení). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná 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

Základní znalosti z vysokoškolské fyzikální chemie (termodynamika, rovnováha, fázové diagramy, chemická struktura, kvantová chemie - obsaženo v předmětech - C1020, C4660, C4020, C9920, C9930).

Omezení zápisu do předmětu

Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.

Mateřské obory/plány

• Fyzikální chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Fyzikální chemie (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (program PřF, D-CH4)

Cíle předmětu

Cílem předmětu je objasnit problematiku modelování vlastností pevných látek za využití principů kvantové-mechaniky a výpočetní termodynamiky (metoda CALPHAD). Vysvětleny budou teoretické základy kvantové mechaniky a termodynamiky, přičemž důraz bude kladen na aplikaci teoretických znalostí do samotného modelování. Praktická část kurzu je zaměřena na principy práce s jednotlivými programy, jejichž platnost si studenti ověří při samostatné práci s dostupným software. Studenti se rovněž naučí své výsledky prezentovat písemnou formou odpovídající standardům používaným v daném oboru.

Výstupy z učení

Student bude po absolvování předmětu schopen:
- popsat a vysvětlit pojmy a principy kvantové mechaniky a termodynamiky související s modelováním pevných látek;
- identifikovat a vysvětlit souvislosti mezi pojmy tvořícími teoretický základ používaných metod a daty používanými jako vstupní parametry vlastních výpočtů ovlivňující kvalitu získaných výsledků;
- samostatně pracovat s dostupným sofware určeným pro počítačové modelování;
- navrhnout, vysvětlit a použít vhodnou metodu a pracovní postup pro modelování jednotlivých vlastností vybraného materiálu metodami kvantové mechaniky a / nebo výpočetní termodynamiky (metoda CALPHAD);
- prezentovat a diskutovat své výsledky písemnou formou odpovídající standardům používaným oboru;

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

• KITTEL, Charles. Úvod do fyziky pevných látek. 1. vyd. Praha: Academia, 1985, 598 s. URL 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
• GIUSTINO, Feliciano. Materials modelling using density functional theory : properties and predictions. Oxford: Oxford University Press, 2014, xiv, 286. ISBN 9780199662432. info
• JENSEN, Frank. Introduction to computational chemistry. 2nd ed. Chichester: John Wiley & Sons, 2007, xx, 599. ISBN 9780470011874. info
• LEE, June Gunn. Computational materials science : an introduction. Boca Raton: CRC Press, 2012, xxi, 280. ISBN 9781439836163. info
• LUKAS, Hans Leo, Suzana G. FRIES a Bo SUNDMAN. Computational thermodynamics : the Calphad method. Cambridge: Cambridge University Press, 2007, x, 313. ISBN 9780521868112. info

Výukové metody

přednášky, diskuze, práce na počítači, domácí práce

Metody hodnocení

Hodnocení proběhne formou posouzení kvality odevzdané zprávy a diskuzí nad získanými výsledky. Hodnocena bude:
(1) kvalita provedení zadaných výpočtů;
(2) míra porozumění teoretickým základům a praktickým aspektům prováděných výpočtů;
(3) úroveň odevzdané zprávy;

Navazující předměty

• C5305 Computational Thermodynamics

Další komentáře

Poznámka k ukončení předmětu: Pro zdárné ukončení předmětu je nutné provést zadané výpočty a vypracovat o nich zprávu.
Výuka probíhá každý týden.

C5303 Modelování vlastností pevných látek

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

• Fyzikální chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Fyzikální chemie (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (program PřF, D-CH4)

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.

C5303 Modelování vlastností pevných látek

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

• Fyzikální chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Fyzikální chemie (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (angl.) (program PřF, D-CH4)
• Materiálová chemie (program PřF, D-CH4)

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.

• Statistika zápisu (nejnovější)