计算材料学

课程编码：280230080500P1010 英文名称：Computational Materials Science 课时：50 学分：2.50 课程属性：学科核心课 主讲教师：田子奇

计算材料科学是近年发展起来的重要新兴和交叉领域，其巨大的潜力对 21世纪世界科技有广泛和深刻的影响，本课程主要介绍计算材料科学的基本知识和技术，讨论最新进展和应用领域，在传授计算材料学基本知识的实践中提高分析和解决问题的素养与训练动手能力，培养团队精神。本课程材料物理与化学，材料工程专业硕士研究生的专业基础课，主要内容计算材料学的发展现状、主要理论框架和设计实践方法，计算与实验、理论关系与结合手段。结合典型案例来阐述其设计流程、建模、算法实现、数值处理技巧及其应用。通过本课程学习，希望学生能够掌握计算材料基本方法、计算与实验结合模型方法等内容。该课程的主要目的是为学生将来从事计算材料科学、材料物理化学研究等相关科研工作打下基础。系统掌握数学和物理模型的建立方法、数值计算方法的选取原则；获得分析和处理一些材料科学问题的基本方法和解决问题能力，提高逻辑推理和抽象思维能力，为独立解决科学研究中实际问题打下坚实基础。

量子力学、固体物理、热力学统计物理

第一章 计算材料学导论 4.0学时 田子奇
第1节 材料基因工程技术、人工智能技术、计算材料与实验结合
第2节 多尺度计算的基本框架与方法
第3节 高性能计算平台与平行化计算
第4节 Linux系统操作指令学习
第二章 密度泛函理论基础 4.0学时 田子奇
第1节 材料第一性原理计算方法
第2节 密度泛函理论与方法
第3节 电子结构与几何结构弛豫方法，数值计算方法
第4节 linux系统的文件编辑指令学习
第三章 赝势平面波计算与VASP程序介绍 4.0学时 田子奇
第1节 赝势平面波基本理论
第2节 VASP程序基本结构与理论方法
第3节 VASP程序应用介绍
第4节 VASP上机操作（结构弛豫）与应用案例介绍
第四章 VASP电子结构计算方法与应用 4.0学时 田子奇
第1节 能带结构与投影态密度介绍
第2节 电荷、磁性、局域电荷密度计算方法
第3节 VASP上机操作（电子结构计算）
第4节 电子结构应用案例介绍
第五章 分子动力学方法与蒙特卡罗方法 4.0学时 田子奇
第1节 分子动力学基本理论与方法
第2节 分子动力学模拟的VASP计算
第3节 分子动力学模拟的MS计算
第4节 分子动力学模拟计算上机操作
第5节 分子动力学模拟的应用案例分析
第六章 量子化学计算方法 8.0学时 田子奇
第1节 介绍化学反应计算方法，
第2节 Gaussian程序介绍
第3节 分子光谱计算，激发态计算方法
第4节 量子化学计算Gaussian程序上机操作
第5节 量子化学计算案例
第七章 介观尺度与宏观尺度计算方法与原理 4.0学时 田子奇
第1节 介观尺度计算原理与方法
第2节 相场计算案例分析
第3节 宏观有限元计算理论与方法
第4节 宏观有限元计算程序简介与案例
第八章 面向材料设计的人工智能计算算法与应用 4.0学时 田子奇
第1节 人工智能在材料领域应用
第2节 人工智能算法简介
第3节 人工智能与材料研究结合的应用案例分析
第4节 人工智能案例分析
第5节 人工智能实操训练
第九章 自主课题训练 4.0学时 田子奇
第1节 案例分析
第2节 计算精度与准确性分析
第3节 计算与实验比较分析
第4节 课程总结

田子奇博士，研究员，博士生导师。招生方向：新能源材料及相关技术，先进材料模拟与设计。2009年获南京大学物理化学学士学位，2014年在南京大学化学化工学院物理化学专业获得理学博士学位，随后或美国能源部基础能源科学项目资助，进入美国加州大学河滨分校（University of California, Riverside）De_en Jiang教授课题组，从事先进气体分离材料的理论模拟与设计。2017年10月加入中科院宁波材料所，任项目研究员。已在Nano Lett.、Adv. Mater.、Chem. Mater.和J. Phys. Chem. Lett.等杂志上发表论文40余篇。 主要研究方向为气体分离、储存及催化材料的设计和开发，利用多尺度分子模拟手段，结合各种实验方法研究多孔材料和薄膜材料捕集分离二氧化碳等工业气体的基本机理，以及先进材料表面上的催化反应。