계산 열역학

Computational thermodynamics

계산 열역학이란 재료 과학에 특정한 열역학 문제를 시뮬레이션하기 위해 컴퓨터를 사용하는 것으로, 특히 위상 다이어그램의 구성에서 사용된다.[1]null

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이러한 작전을 수행하기 위해 여러 개의 개방적이고 상업적인 프로그램이 존재한다.기법의 개념은 시스템의 Gibbs 자유 에너지의 최소화에 있다. 이 방법의 성공은 열역학적 특성 리스트에 있는 것과 같은 열역학적 특성을 적절하게 측정했을 뿐만 아니라 화학 원소의 측정 가능한 할당량의 특성 외삽에 기인한다.null

역사

요하네스 반 라아르를 중심으로 한 전세기 초까지 거슬러 올라가는 금속 기반 위상 다이어그램의 연산 모델링은 보다 최근 몇 년 사이에 CALPAD(PHAse 다이어그램의 CALCulation of PHAse Diagnots)로 발전해 왔다.[3]이것은 1970년대 이후 미국의 야금학자 래리 카우프만이 개척해 왔다.[4][5][6]null

현재 상태

계산 열역학(computer heatodynamics)은 재료 정보학의 한 부분으로 간주될 수 있으며 재료 게놈 프로젝트의 개념의 초석이다.결정학적 데이터베이스는 주로 참고 자료로 사용되지만, 열역학적 데이터베이스는 정보학의 가장 초기 사례들 중 하나를 나타낸다. 이러한 데이터베이스들은 2진법과 3진 합금으로 위상 안정성을 매핑하기 위해 열화학 계산에 통합되었기 때문이다.[7]계산 열역학에서 사용되는 많은 개념과 소프트웨어는 열역학 데이터베이스 개발에 전념하는 컨소시엄인 SGTE 그룹에 인정된다. Dinsdale의 논문을 바탕으로 오픈 요소 데이터베이스를 자유롭게 이용할[8] 수 있다.[9]이 소위 "단일" 시스템은 이진법 및 복수법의 개발의 공통적인 기초가 되며, 이 분야에서는 상용 소프트웨어와 오픈 소프트웨어 모두에 의해 이용되고 있다.null

그러나 최근의[when?] CALPAD 문서와 회의에서 언급된 바와 같이, 그러한 Dinsdale/SGTE 데이터베이스는 공통 기반을 유지하는 효용에도 불구하고 시간이 지남에 따라 수정되어야 할 것이다.이 경우 대부분 발표된 평가는 토대가 심하게 부서져 집을 다시 짓는 것과 비슷하게 수정해야 할 것으로 보인다.이 개념은 또한 "반전된 피라미드"[10]로 묘사되어 왔다.단지 현재의 접근법(상온 이상의 온도로 제한)을 연장하는 것은 복잡한 일이다.[11]파이칼파드(PyCalphad)는 오픈소스 코드를 이용한 간단한 계산 열역학 계산을 용이하게 하기 위해 설계되었다.[12]복잡한 시스템에서는 CALPHAD와 같은 연산 방법을 사용하여 각 위상에 대한 열역학적 특성을 모델링하고 다면체 위상 동작을 시뮬레이션한다.[13]Fe-C 시스템과 같은 재료 과학의 한 측면에만 국한되지 않는 일부 중요한 용도에서 고압에 CALPHAD를 적용하면 고압에서 Fe-C 시스템의 위상 관계에 대한 계산 열역학 계산을 사용하여 실험 결과를 검증한다.[14]다른 과학자들은 심지어 열역학 영역을 벗어난 점도와 다른 물리적 매개변수를 고려하기도 했다.[15]null

미래 발전

ab initio 방법과[16] 운영 중인 계산 열역학 데이터베이스 사이에는 여전히 간격이 있다.과거에는, 미데마의 모델에 근거한 래리 카우프만의 초기 작품들에 의해 도입된 단순화된 접근법을 채용하여 가장 단순한 이항 시스템의 정확성을 확인하였다.그러나, 이 두 공동체를 고형물리학 및 재료과학과 연관시키는 것은 오랜 세월 동안 그래왔듯이 여전히 과제로 남아 있다.[17][18]VASP와 같은 ab initio 양자역학 분자 시뮬레이션 패키지의 유망한 결과는 Zentool과 같은 접근방식을 가진 열역학 데이터베이스에 쉽게 통합된다.[19]금속간 화합물에 대한 데이터를 비교적 쉽게 수집할 수 있는 방법은 이제 개방형 양자 물질 데이터베이스를 사용하여 가능하다.null

참고 항목

참조

  1. ^ Liu, Zi-Kui; Wang, Yi (2016-06-30). Computational Thermodynamics of Materials. Cambridge University Press. ISBN 9780521198967.
  2. ^ Liu, Zi-Kui; Wang, Liu (2020). "ComputationalComputational thermodynamics and its applications". doi:10.1016/j.actamat.2020.08.008. {{cite journal}}:Cite 저널은 필요로 한다. journal=(도움말)
  3. ^ Fabrichnaya, Olga; Saxena, Surendra K.; Richet, Pascal; Westrum, Edgar F. (2013-03-14). Thermodynamic Data, Models, and Phase Diagrams in Multicomponent Oxide Systems: An Assessment for Materials and Planetary Scientists Based on Calorimetric, Volumetric and Phase Equilibrium Data. Springer Science & Business Media. ISBN 9783662105047.
  4. ^ L 카우프만과 H 번스타인, 위상도 컴퓨터 계산, 학술지 N Y(1970) ISBN 0-12-402050-X[page needed]
  5. ^ N Sunders와 P Miodownik, Calphad, Pergamon Materials Series, Vol 1 Ed.R W 칸(1998) ISBN 0-08-042129-6[page needed]
  6. ^ H L 루카스, S G Frukas, B Sundman, Computing Thermodynamics, Calphad Method, Calphad Method, Cambridge University Press(2007) ISBN 0-521-86811-4[page needed]
  7. ^ K., Saxena, Surendra (1993). Thermodynamic Data on Oxides and Silicates : an Assessed Data Set Based on Thermochemistry and High Pressure Phase Equilibrium. Chatterjee, Nilanjan., Fei, Yingwei., Shen, Guoyin. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. ISBN 9783642783326. OCLC 840299125.
  8. ^ http://www.crct.polymtl.ca/sgte/unary50.tdb[전체 인용 필요][영구적 데드링크]
  9. ^ Dinsdale, A.T. (1991). "SGTE data for pure elements". Calphad. 15 (4): 317–425. doi:10.1016/0364-5916(91)90030-N.
  10. ^ "MICRESS® - the MICRostructure Evolution Simulation Software" (PDF).
  11. ^ http://thermocalc.micress.de/proceedings/proceedings2015/tc2015_tumminello_public.pdf[전체 인용 필요]
  12. ^ Otis, Richard; Liu, Zi-Kui (2017). "Pycalphad: CALPHAD-based Computational Thermodynamics in Python". Journal of Open Research Software. 5. doi:10.5334/jors.140.
  13. ^ L., Lukas, H. (2007). Computational thermodynamics : the CALPHAD method. Fries, Suzana G., Sundman, Bo. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0521868112. OCLC 663969016.
  14. ^ Fei, Yingwei; Brosh, Eli (2014). "Experimental study and thermodynamic calculations of phase relations in the Fe–C system at high pressure". Earth and Planetary Science Letters. 408: 155–62. Bibcode:2014E&PSL.408..155F. doi:10.1016/j.epsl.2014.09.044.
  15. ^ Zhang, Fan; Du, Yong; Liu, Shuhong; Jie, Wanqi (2015). "Modeling of the viscosity in the AL–Cu–Mg–Si system: Database construction". Calphad. 49: 79–86. doi:10.1016/j.calphad.2015.04.001.
  16. ^ P. Turchi AB INITIO 및 Calphad 재료 열역학 https://e-reports-ext.llnl.gov/pdf/306920.pdf
  17. ^ J. A. 알론소와 N. H. 금속 및 합금에서 전자 행진 http://www.sciencedirect.com/science/book/9780120536207[page needed]
  18. ^ https://www.elsevier.com/books/proceedings-of-the-international-symposium-on-thermodynamics-of-alloys/miedema/978-1-4832-2782-5[전체 인용 필요][페이지 필요]
  19. ^ http://zengen.cnrs.fr/manual.pdf

외부 링크

대학 전산 열역학 과정