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出版者:人民邮电出版社

作者:黄永峰

出品人:

页数:308

译者:

出版时间:2003-1-1

价格:33.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787115108234

丛书系列:

图书标签:

• IP网络
• 多媒体通信
• 网络技术
• 通信技术
• IP协议
• 音视频传输
• QoS
• VoIP
• 流媒体
• 网络工程

好的，根据您的要求，我将为您撰写一本关于《先进材料的计算模拟与性能预测》的图书简介，确保内容详尽、专业，且不提及任何与您提供的原书名《IP网络多媒体通信技术》相关的内容，力求自然流畅，不带有任何技术生成工具的痕迹。 --- 图书简介：先进材料的计算模拟与性能预测 导论：新材料时代的计算驱动范式 在21世纪的科技浪潮中，新材料的发现与设计已成为驱动能源、电子、生物医药、航空航天等关键领域进步的核心动力。传统依赖于“试错法”的材料研发模式，不仅耗时长久，成本高昂，且往往受限于实验条件和人类经验的局限性。《先进材料的计算模拟与性能预测》正是在这一背景下应运而生，旨在系统性地介绍和深入探讨如何利用先进的计算科学方法，从原子和电子层面精确预测材料的宏观性能，从而实现对新材料的“按需设计”。 本书深刻认识到，现代材料科学已进入一个“计算优先”的时代。通过将量子力学、统计物理学与高性能计算（HPC）相结合，我们能够以前所未有的精度揭示材料内部的微观机制，加速新材料的筛选、优化与应用。 第一部分：计算材料学的理论基石 本书的开篇部分专注于构建坚实的理论基础，为后续的复杂应用打下坚实的基础。 第一章：量子力学基础与密度泛函理论（DFT） 本章详细阐述了用于描述材料中电子行为的量子力学基本原理。重点剖析了密度泛函理论（DFT）作为当前计算材料学中最常用且最成功的工具。我们不仅会回顾 Kohn-Sham 方程的推导，还将深入讨论各种交换关联泛函（如 LDA, GGA, meta-GGA）的优缺点及其在处理不同类型材料（金属、半导体、绝缘体）时的适用性。此外，书中还涵盖了自洽场（SCF）计算的收敛性标准、赝势的选择（PAW, USPP）以及如何精确处理范德华（vdW）相互作用，这对于理解层状材料和表面吸附现象至关重要。 第二章：多尺度模拟方法论的构建 材料的性能往往依赖于从皮米尺度到微米甚至毫米尺度的结构演化。本章旨在搭建一个连接微观与宏观的桥梁。 第一节：分子动力学（MD）模拟的原理与应用。详细介绍了牛顿运动方程在材料体系中的积分方法（如 Verlet 算法），以及构建准确势能面（Potential Energy Surface, PES）的重要性。特别关注了从头算分子动力学（AIMD）在模拟化学反应、相变和高精度热力学性质方面的优势，以及经典分子动力学（CMD）在处理大体系和长时间尺度问题时的策略，包括增强采样技术（如 Metadynamics, Umbrella Sampling）。 第二节：介尺度模拟的桥接技术。探讨了介于原子尺度和连续介质模型之间的关键方法，例如相场法（Phase-Field Method）在模拟晶界迁移、析出相形成等微观结构演化问题中的应用，以及如何利用晶格动力学（Lattice Dynamics）计算材料的热力学、声子谱和热导率。 第二部分：关键性能的计算预测 理论基础奠定后，本书的核心部分转向如何利用这些工具来预测和优化材料的关键功能特性。 第三章：电子结构与光学性质的精确模拟 本章聚焦于材料的电子带结构、能带隙以及对电磁波的响应。 能带结构与载流子输运：利用先进的计算方法（如 GW 近似）修正 DFT 对能带隙的低估问题，并模拟电子有效质量、态密度（DOS）及其在半导体器件中的意义。 光学吸收与发射：详细阐述了线性响应理论（如 Bethe-Salpeter Equation, BSE）在计算光学吸收系数、介电函数以及光致发光光谱中的应用，这对于设计太阳能电池和LED材料至关重要。 第四章：力学性能的计算表征 材料的强度、硬度和断裂韧性是其工程应用的基础。 弹性常数与晶体稳定性：介绍如何通过应力-应变关系或声子频率计算材料的弹性模量（杨氏模量、剪切模量、泊松比），并利用能量差法判断晶体结构的稳定性。 缺陷工程与塑性行为：深入探讨位错、空位、间隙原子等晶体缺陷对材料力学性能的影响机制。利用超大尺寸 MD 模拟或基于位错动力学的模拟来捕捉材料的塑性变形过程。 断裂与界面力学：介绍模拟裂纹萌生和扩展的方法，包括使用内聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）和基于能量释放率的断裂力学计算。 第五章：热力学、输运与催化性能模拟 本章关注材料在能量转换和储存方面的表现。 热输运特性：重点介绍如何通过声子输运理论（例如玻尔兹曼输运方程的求解）和 AIMD 方法计算材料的绝对热导率，并探讨如何通过结构设计（如引入纳米结构或点缺陷）实现热电材料的热导率调控。 电池与储能材料的界面效应：分析锂离子电池中电极/电解质界面的形成能、迁移势垒和界面副反应的计算策略。使用量子化学方法（QM）结合 MD 模拟探究离子扩散机制。 催化剂的表面反应动力学：介绍如何计算反应能垒、吸附强度，并利用过渡态搜索（Transition State Search）算法确定反应路径，从而预测催化剂的活性和选择性。 第三部分：计算方法的集成与前沿展望 在介绍具体应用后，本书的最后部分将目光投向如何高效地整合这些工具，并展望未来的发展方向。 第六章：高通量计算与材料信息学（Materials Informatics）的融合 现代材料研发正快速向自动化和数据驱动转型。 数据库的构建与标准：讨论如何利用 DFT 或 MD 快速生成大规模、标准化的材料结构与性能数据库（如 OQMD, Materials Project）。 机器学习在材料预测中的应用：介绍如何利用高维特征（Descriptors，如 SOAP, EAM 势）训练机器学习模型（如高斯过程回归、神经网络）来加速性能预测，建立“力场加速器”或“快速筛选模型”。 自动化工作流的搭建：阐述如何使用 Python 脚本语言（如 FireWorks, Atomate）和工作流管理系统，实现从初始结构生成、自动计算提交、结果后处理到数据可视化的全流程自动化。 结论：面向应用的计算设计流程 本书最后总结了将量子模拟、介尺度模拟和数据科学集成在一起的整体设计流程。强调计算模拟不再仅仅是验证实验结果的工具，而是前瞻性设计新材料的先导力量。对于希望在功能材料（如高温超导、拓扑材料、高效光催化剂）领域进行深入研究的科研人员、工程师和高年级学生而言，本书提供了不可或缺的理论框架和实践指导。 --- 目标读者：计算物理、材料科学、化学工程、固体物理等相关专业的研究生、博士后研究人员，以及从事新材料研发工作的行业工程师。阅读本书需要具备扎实的量子力学基础和线性代数知识。

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