Detail předmětu

Modelování termodynamické stability a fázových transformací

FSI-9ESMAk. rok: 2022/2023

Znalost termodynamické stability jednotlivých fází a procesů transformací mezi těmito fázemi je nezbytnou podmínkou pro návrhy nových materiálů s vylepšenými užitnými vlastnostmi. Před samotnou experimentální přípravou complexnich materiálů je možné ověřit teoretické předpoklady s pomocí pokročilých metod počítačového modelování. Tyto metody mohou byt založený na experimentálních datech z jednodušších sytémů, jako je tomu např. v případě metody pro modelovaní fázových diagramů CALPHAD. Mohou také vycházet přímo ze základů kvantové mechaniky (ab initio metody) a pak žádná experimentální data nepotřebují. V tomto kurzu studenti získají přehled o pokročilých aplikacích obou výše uvedených metod a osvojí si praktické znalosti jejich používání, které mohou následně využít v rámci jejich disertační prací.

Jazyk výuky

čeština

Garant předmětu

prof. RNDr. Mojmír Šob, DrSc.

Zajišťuje ústav

Ústav materiálových věd a inženýrství (ÚMVI)

Výsledky učení předmětu

Předmět je zaměřen na rozvoj a praktické aplikace dříve získaných znalostí materiálového modelovaní pomocí ab initio metod a metody CALPHAD. Po absolvování budou studenti schopni samostatně využít obě metody pro řešení reálných problému v rámci jejích zaměření v materialovém inženýrsví.


Prerekvizity

Základní přehled o metodách pro výpočty elektronové struktury a znalost programovaní nejlépe v jazyku Python. Pokročilá znalost fyziky pevných látek a termodynamiky.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

V rámci přednášek bude u presentovány teoretické základy pro řešení vybraných problémů i příklady jejich praktického řešení. Konkrétní problémy, na které studenti narazí v rámci zpracovávaní jejich semestrálních prací, budou řešeny během konzultací.

Způsob a kritéria hodnocení

V během semestru budou studenti samostatně zpracovávat zvolené téma týkající se výpočtů termodynamické stability a fázových transformací vybraných materiálů. Aktuální stav problematiky, řešení a výsledky zpracují písemnou formou a představí při zkoušce ve formě ustaní obhajoby.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty s pokročilými aplikacemi materiálového modelovaní fázové stability a transformací s pomocí ab initio výpočtů elektronové struktury a metody CALPHAD. Předmět je zaměřen převážně na praktické využití obou výše uvedených metod.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Přednášky doplněné o vzorová řešení typických úloh. Konsultace.

Základní literatura

A.D. Pelton: Phase Diagrams and Thermodynamic Modeling of Solutions. Elsevier, Amsterdam 2019 (EN)
G. Grimvall, Thermophysical Properties of Materials. Elsevier North-Holland, Amsterdam 1999 (EN)
H.L. Lukas, S.G. Fries, B. Sundman, Computational Thermodynamics: The CALPHAD Method. Cambridge University Press, Cambridge 2007 (EN)
M. Hillert: Phase Equilibria, Phase Diagrams and Phase Transformations. Cambridge University Press 2007. (EN)
Qing Jiang, Zi Wen: Thermodynamics of Materials. Springer 2011 (EN)
Zi-Kui Liu, Yi Wang: Computational Thermodynamics of Materials. Cambridge 2016. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program D-FIN-K doktorský 1 ročník, zimní semestr, doporučený kurs
  • Program D-FIN-P doktorský 1 ročník, zimní semestr, doporučený kurs
  • Program D-MAT-K doktorský 1 ročník, zimní semestr, doporučený kurs
  • Program D-MAT-P doktorský 1 ročník, zimní semestr, doporučený kurs

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

20 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

prof. RNDr. Mojmír Šob, DrSc.

Osnova

1. Výpočetní termodynamika, metoda CALPHAD
2. Fázové diagramy, optimalizační metody, Marquardtův algoritmus, výpočty rovnováhy
3. Zdroje termodynamických dat, Modely pro Gibbsovu energii,
4. Příprava „assessmentu“, tvorba termodynamických databází
5. Ab initio metody pro modelování fázové stability
6. Modelování tuhých roztoků a poruch krystalové mřížce
7. Výpočet tvorných tepel, convex hull
8. Výpočty fononových spekter, harmonická aproximace
9. Kvazi harmonická aproximace, anharmonické kmity
10. Výpočty dalších příspěvků k volné energii
11. Difúzní fázové transformace, modelování difuze
12. Bezdifúzní fázové transformace, modelování transformačních drah