纳米尺度理论与计算

课程编码：1802120805J1P2006H 英文名称：Nanoscale Theory and Calculation 课时：50 学分：2.50 课程属性：专业核心课 主讲教师：施兴华等

本课程涉及纳米材料在能源、环境、生物、医药等领域中的应用，主要介绍纳米尺度下生物学效应、纳米催化现象/机理、纳米结构材料特性相关的理论、计算研究前沿和方法，使不同学科背景的研究生了解理论、计算方法在纳米材料研究中的重要作用及应用前景。引导学生综合了解纳米科学发展的前沿领域，从分子、原子层面上认识和理解纳米材料，进行新型纳米材料的改进与设计。课程将利用Material Studio、lammps、Comsol等软件进行上机实践。

大学物理，大学化学，计算机基础

第一章 绪论 3学时 施兴华
第1节 基本概念
第2节 研究对象概述
第3节 理论计算环境
第二章 密度泛函理论 3学时 王会
第1节 计算机模拟软硬件环境介绍
第2节 多粒子体系的第一原理
第3节 密度泛函理论
第4节 广义梯度近似GGA
第三章 上机操作1-纳米材料结构物性计算模拟 3学时 施兴华
第1节 分子与低维体系建模与计算
第2节 上机软件Materials studio简介
第3节 工作界面介绍及操作
第4节 分子与团簇的MS建模
第5节 MS的电子结构计算与分析
第四章 纳米催化概论 3学时 王会
第1节 纳米催化简介
第2节 纳米催化主要研究领域
第3节 纳米催化剂
第五章 纳米催化研究理论基础简介 3学时 王会
第1节 电子结构
第2节 晶体结构
第3节 表面吸附
第4节 过渡态搜索
第5节 理论计算基础和计算方法
第6节 多相催化微观动力学
第六章 分子表面自组装理论与计算模拟 3学时 王会
第1节 表面自组装理论与计算
第2节 自组装简介
第3节 分子表面自组装的影响因素
第4节 表面自组装的计算原理与示例
第七章 上机操作2-催化体系的模型构建和计算 3学时 施兴华
第1节 晶体结构构建
第2节 吸附过程模拟
第3节 过渡态探索
第4节 构建界面
第八章 上机操作3-脚本与命令行模式 3学时 施兴华
第1节 MS的脚本模式介绍
第2节 VASP介绍
第3节 使用VASP计算分子
第九章 表面自组装理论与计算 3学时 王会
第1节 自组装简介
第2节 分子表面自组装的影响因素
第3节 表面自组装的计算原理与示例
第十章 分子动力学模拟 3学时 王会
第1节 引言
第2节 分子动力学的发展史
第3节 经典分子动力学（MD）介绍
第4节 MD的贡献以及在纳米生物领域的应用
第十一章 纳米材料生物效应定量构效关系 3学时 王会
第1节 纳米生物效应介绍
第2节 定量构效关系（QSAR）介绍
第3节 QSAR的方法
第4节 3D-QSAR方法
第5节 定量构效关系（QSAR）方法总结
第6节 QNAR简介
第十二章 从头算分子动力学模拟介绍与应用 3学时 王会
第1节 从头算分子动力学模拟介绍
第2节 从头算分子动力学模拟的应用与使用
第3节 MS演示操作
第十三章 粗粒化分子动力学模拟 3学时 施兴华
第1节 从分子动力学谈起
第2节 粗粒化的原理
第3节 耗散粒子动力学
第4节 模拟案例和上机练习
第十四章 细胞膜特性及胞吞的理论研究 3学时 施兴华
第1节 细胞膜的基本特性
第2节 细胞膜的波动力
第3节 细胞膜与颗粒间的相互作用
第十五章 机器学习方法在材料/化学中的应用 3学时 施兴华
第1节 机器学习方法简介
第2节 机器学习应用于化学/材料学/力学
第3节 机器学习力场介绍-DPMD
第十六章 从材料模拟到器件仿真 3学时 王会
第1节 引言
第2节 计算机仿真
第3节 初识COMSOL上机实践
第十七章 有限元方法简介及COMSOL实例分析 3学时 王会
第1节 有限元方法简介
第2节 连续介质模型
第3节 上机综合分析-多尺度计算

施兴华，研究员，博士生导师。国家杰出青年基金获得者，中国科学院大学岗位教授。现任理论室主任。曾获中国科学院卢嘉锡青年人才奖、科学院青年创新促进会优秀会员、科学院优秀导师奖、中国科学院优秀党务工作者及中央和国家机关优秀党务工作者等奖项。主要从事纳米、生命科学与物理、力学的交叉领域研究，在纳米材料的力学性能、纳米精准组装、纳米催化、纳米药物输运研究方面取得了若干开创性成果。王会，副研究员，硕士生导师。2013年于吉林大学理论化学研究所取得博士学位。主要从事无机、纳米生物材料表界面结构性质及多相催化反应机理研究，及纳米-生物界面机器学习势函数开发。目前发表论文70余篇，主持参与国家重点研发计划、国家自然科学基金面上、北京市自然基金青年、面上等多个基金项目。