spContent=《材料模拟与计算》是一门综合性的交叉学科课程，融合了数学、物理、化学、材料科学和计算机科学的知识。在当今材料科学研究越来越深入微观层面的背景下，材料模拟与计算发挥着无可比拟的作用，涵盖了对实验结果和原理的分析以及对材料结构和性能的预测等领域。因此，科研工作者越来越重视和关注这一领域。
通过学习《材料模拟与计算》课程，同学们将获得从理论到实践的全方位知识和能力提升。这门课程将使同学们掌握相关的基础知识，从而理解材料模拟和计算的原理和方法。与此同时，同学们将学习如何运用计算机模拟和计算并分析材料的微观结构和性质。通过实际案例，培养同学们解决材料科学问题和独立思考的能力。
《材料模拟与计算》是一门综合性的交叉学科课程，融合了数学、物理、化学、材料科学和计算机科学的知识。在当今材料科学研究越来越深入微观层面的背景下，材料模拟与计算发挥着无可比拟的作用，涵盖了对实验结果和原理的分析以及对材料结构和性能的预测等领域。因此，科研工作者越来越重视和关注这一领域。
通过学习《材料模拟与计算》课程，同学们将获得从理论到实践的全方位知识和能力提升。这门课程将使同学们掌握相关的基础知识，从而理解材料模拟和计算的原理和方法。与此同时，同学们将学习如何运用计算机模拟和计算并分析材料的微观结构和性质。通过实际案例，培养同学们解决材料科学问题和独立思考的能力。
—— 课程团队
课程概述
1、本门课程旨在将计算材料学的基础知识讲授给材料专业的学生，让学生了解量子力学、量子化学，第一原理密度泛函理论和分子动力学的基础知识及其在材料科学中的应用。
2、让学生掌握理论计算常用的软件Materials Studio的基本操作，运用Materials Studio软件构建材料体系模型，并利用第一性原理、分子动力学、介观反应动力学、蒙特卡洛等模拟方法来解决科研中的实际问题。
授课目标
1、本门课程旨在将计算材料学的基础知识讲授给材料专业的学生，让学生了解量子力学、量子化学，第一原理密度泛函理论和分子动力学的基础知识及其在材料科学中的应用。
2、让学生掌握理论计算常用的软件Materials Studio的基本操作，运用Materials Studio软件构建材料体系模型，并利用第一性原理、分子动力学、介观反应动力学、蒙特卡洛等模拟方法来解决科研中的实际问题。
成绩 要求
线上部分：学生完成各章节的练习题。
线下部分：根据自己的研究方向结合课堂讲授和线上教学内容，撰写文献调研报告或课程论文，并分组进行时长约15分钟的PPT讨论。激发学生将理论知识与自己的研究方向结合与应用的能力，为将来开展多学科交叉研究打好基础。
课程大纲
计算材料科学简介
课时目标：理解材料模拟和计算的基本概念
1.1 计算材料科学概念、背景介绍
1.2 相关高等数学、线性代数、物理、统计力学等知识点回顾
1.3 Materials Studio 软件基本模块介绍
量子化学基础
课时目标：理解量子力学的基本知识
2.0 量子化学简介
2.1 量子力学的开端：旧量子论
2.2 量子力学基本假设
2.3 态叠加原理及其应用
2.4 一维无限深势阱中的粒子
2.5 氢原子的薛定谔方程求解及量子数的物理意义
现代量子力学基础
课时目标：理解量子力学在化学分子体系中的应用
3.1 多原子多电子体系的量子力学近似方法
3.2 基组和势能面
3.3 几何优化和过渡态的搜索
3.4 应用 DMol3 计算模块寻找过渡态
密度泛函理论
课时目标：理解密度泛函理论的基本意义
4.1 密度泛函理论
4.1.1 Hohenberg-Kohn定理
4.1.2 Kohn-Sham方程
4.1.3 密度泛函理论的基本思想和发展
4.1.4 著名的密度泛函理论开发者简介
4.2 应用 DMol3 计算模块计算热力学性质
固体材料计算基础
课时目标：理解固体材料计算的基本知识，并应用 Materials Studio 软件优化晶体的结构，计算其能带和态密度
5.1 图解法介绍固体材料的能带
5.2 固体物理中的基本概念
5.3 周期性链接条件及 Bloch 定理
5.4 能带结构、态密度、赝势
5.5 应用 CASTEP 计算模块优化晶体结构
5.6 应用 CASTEP 计算模块计算能带和态密度
分子动力学
课时目标：理解分子动力学方法的基本原理及其在材料模拟中的应用
6.1 分子动力学概述
6.2 力场介绍
6.3 系综与边界条件
6.4 能量最小化
6.5 控温与控压方法
6.6 动力学计算及应用演示
介观粗粒化动力学
课时目标：理解介观粗粒化动力学方法的基本原理及其在材料模拟中的应用
7.1 介观动力学基本原理、计算流程和相关算法
7.2 基于 Mesosite 模块讲解介观动力学参数设定和应用操作
7.3 用 Mesosite 演示对表面活性剂水溶液里的自组装的模拟
QM/MM杂化方法
课时目标：理解 QM/MM杂化 方法的基本原理及其在材料模拟中的应用。
8.1 量子力学/分子力学（QM/MM）杂化方法理论的基础
8.2 QMERA 模块的参数设置
8.3 QMERA 应用举例
Monte Carlo方法
课时目标：理解 Monte Carlo 方法的基本原理及其在材料模拟中的应用
9.1 Monte Carlo方法的基本原理
9.2 Sorption 模块建模和演示
9.3 Polymorph 模块建模和演示
多尺度材料建模计算
课时目标：理解多尺度材料建模方法的基本原理及其应用
10.1 多尺度材料建模计算1：科研问题的提炼
10.2 多尺度材料建模计算2：建模和计算
10.3 多尺度材料建模计算3：结果分析
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预备知识
参考资料
1. 《计算材料学：设计实践方法》，江建军，高等教育出版社，2010。
2. 《密度泛函理论》(“Density Functional Theory”David S. Sholl, Janice A. Steckel) 李健，周勇 译，国防工业出版社，2014。
3. 《计算化学——从理论化学到分子模拟》，陈敏伯，科学出版社，2009。
4. Quantum Chemistry, Donald A. McQuarrie, University Science Books, 2008。
5. 《量子化学》，（美）艾林 (H. Eyring) 著，石宝林 译，科学出版社，1981。
6. Materials Studio 软件说明书。
浙公网安备 33010802012594号
