計算材料科學(xué)引論

甘政濤

計算材料科學(xué)（Computational Materials Science），是材料科學(xué)與計算機科學(xué)的交叉學(xué)科，是一門正在快速發(fā)展的新興學(xué)科，是關(guān)于材料組成、結(jié)構(gòu)、性能、服役性能的計算機模擬與設(shè)計的學(xué)科，涉及材料科學(xué)研究里的“計算機實驗”。它是材料學(xué)、物理學(xué)、計算機科學(xué)和技術(shù)、數(shù)學(xué)、化學(xué)等多門學(xué)科的交叉學(xué)科。

這本書強調(diào)基本方法和普適原則，全面提供學(xué)生了解和模擬材料的結(jié)構(gòu)與行為所需的基本知識。內(nèi)容涉及從電子結(jié)構(gòu)方法到微結(jié)構(gòu)組織演化的主要問題，并且附錄提供了重點背景知識和豐富實用的線上教學(xué)資源。所建模型經(jīng)受了從原子尺度到中等尺度的檢驗，為學(xué)生未來的學(xué)習(xí)和研究打下了堅實的基礎(chǔ)。本書詳盡地闡述了材料模型構(gòu)建所需的基本方程，同時用一個章節(jié)總結(jié)基本的數(shù)學(xué)背景以便學(xué)生理解。豐富的附件提供了經(jīng)典和量子力學(xué)、靜電學(xué)、統(tǒng)計熱力學(xué)和線性彈性力學(xué)等計算模型所需的知識背景。給出了線上的算例、計算代碼和算法實際應(yīng)用的討論等資源，為學(xué)生提供了他們所需的實際操作經(jīng)驗。

本書共分為4部分。第1部分 介紹數(shù)值模擬所需的基本方法；第2部分 闡述原子與分子系統(tǒng)的建模；第3部分 將討論擴展到中等尺度材料物理的建模；第4部分 整合了前面章節(jié)已經(jīng)表達的想法和觀點；第五部分是附錄，提供了大量相關(guān)的背景知識。限于篇幅，本書沒有介紹連續(xù)介質(zhì)建模的相關(guān)知識。

本書注重于使讀者了解計算材料科學(xué)的基礎(chǔ)，介紹該領(lǐng)域的主要方法并提供相關(guān)計算代碼的鏈接。同時作者力圖做出清晰、直觀的解釋以便讀者自己能夠應(yīng)用模型。這本書適用于材料學(xué)、物理學(xué)、計算機科學(xué)及其他相關(guān)專業(yè)的高年級大學(xué)生和研究生，材料學(xué)者和工程師也可以將其作為參考書。endprint