Molekulární simulace při řešení struktur materiálů - NBCM055

• Anglický název: Molecular Simulations for solving of material structure
• Zajišťuje: Katedra chemické fyziky a optiky (32-KCHFO)
• Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
• Platnost: od 2023
• Semestr: oba
• E-Kredity: 5
• Rozsah, examinace: 2/1, Z+Zk [HT]
• Počet míst: neomezen
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština, angličtina
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Poznámka: předmět lze zapsat v ZS i LS
• Garant: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D.
• Vyučující: doc. RNDr. Miroslav Pospíšil, Ph.D.
• Kategorizace předmětu: Fyzika > Biofyzika a chemická fyzika

Anotace

čeština

Použití empirických silových polí k popisu struktur hybridních organicko-anorganických materiálů. Predikce jejich struktur a vlastností na základě kombinace modelováni a experimentu (RTG, TEM, chemická analýza, termogravimetrie a IČ spektroskopie). Aplikace na konformace molekul a polymerů, řešení krystalů a supramolekulárních materiálů. Využití v materiálovém výzkumu pro popis dějů v pevné fázi - interkalace, sorpce a jevů na rozhraní fází a na površích materiálů. Studium struktur polymerních sítí a kapalných krystalů. Studium konformačního chování molekul a vztah k biologické aktivitě.

Poslední úprava: Procházka Marek, prof. RNDr., Ph.D. (29.01.2019)

angličtina

Use of empirical force fields to describe structures of hybrid organic-inorganic materials. Prediction of their properties based on a combination of modelling and experimental data (XRD, TEM, chemical analysis, thermogravimetry and IR spectroscopy). Applications for molecules, polymers, solutions of crystals and supramolecular materials. Applications for description of solid phase processes - intercalations, sorption, interface of the phases and surfaces. Studying structures of polymeric networks and liquid crystals. Study of molecule conformations and relation to biological activity.

Poslední úprava: Procházka Marek, prof. RNDr., Ph.D. (29.01.2019)

Cíl předmětu

čeština

Seznámení posluchačů s nejnovějšími poznatky ve vývoji nových materiálů metodami molekulárních simulací.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

angličtina

Lectures give information about knowledge in the design of new materials with desirable properties by molecular simulation methods.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

Podmínky zakončení předmětu

čeština

Zisk zápočtu je podmínkou pro konání zkoušky.

Zápočet je vázán na zápočtový výpočetní úkol, předpokládá se, že budou opravné termíny pro zisk zápočtu i zkoušky.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

angličtina

The gain of the credit is a prerequisite for the examination.

The credit is bound to the credit computational task, it is assumed that there will be correction deadlines for the credit test and the exam.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

Literatura

čeština

P. Comba, T.W. Hambley: Molecular Modeling of Inorganic Compouds, VCH, 1995, Weinheim.

C.R.A. Catlow, A.M. Stoneham and Sir J. M. Thomas eds.: New methods for modelling processes within solids and at their surfaces, Oxford science publications, 1993, Cambridge

Vassilios Galiatsatos ed.: Molecular simulation methods for predicting polymer properties, Wiley, 2005, New Jersey.

K.I.Ramachadran, G. Deepa, K. Namboori: Computational Chemistry and Molecular Modeling, Springer-Verlag, 2008, Berlin Heidelberg.

C.V. Ciobanu, C.-Z. Wang, K.M. Ho: Atomic Structure Prediction of Nanostructures, Clusters and Surfaces, Wiley-VCH, 2013, Singapore.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

Metody výuky

čeština

Přednáška (2 hod) a praktické cvičení (1 hod).

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

angličtina

Lecture (2 hours) and practical seminar (1 hour).

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

Požadavky ke zkoušce

čeština

Zkouška sestává z písemné přípravy a ústní části. Písemná příprava předchází části ústní. Student obdrží tři otázky, každá otázka je hodnocena známkou a výsledná známka je průměrnou známkou ze známek u jednotlivých otázek. Je-li jedna z otázek hodnocena známkou nevyhověl(a) znamená to nesplnění zkoušky. Nesložení zkoušky znamená, že při příštím termínu budou položeny opět tři otázky.

Požadavky u ústní části zkoušky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednášce.

Je pravděpodobné, že se značná část zkoušek či zápočtů může konat distanční formou. Závisí to na vývoji aktuální situace a o jakékoli změně budete včas informováni.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

angličtina

The exam consists of written preparation and oral part. Written preparation precedes the oral part. The student receives three questions, each question is evaluated by a mark, and the resulting mark is the average mark of the marks on the individual questions. If one of the questions is rated as unsatisfactory it means failure to complete the test. Failure to pass the exam means that three questions will be asked again at the next term of exam.

Requirements at the oral part of the exam correspond to the syllabus of the subject in the scope that was presented at the lecture.

It is probable that a significant part of exams or credits can take place in a distance form. It depends on the development of the current situation and you will be informed about any changes in time.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

Sylabus

čeština

Úloha molekulárních simulací pro pochopení vztahů struktury a vlastností látek. Oblasti praktického využití molekulárních simulací ve fyzice, chemii a materiálovém výzkumu. Vizualizace krystalových struktur pomocí programového systému Materials Studio, ukázky vztahu struktury a vlastností na vybraných příkladech. Demonstrace vztahu typu struktur, jejich symetrie a tvaru difraktogramů. Molekulární mechanika: popis energie molekulárních systémů a krystalů pomocí empirických silových polí. Vazebná energie v harmonické a anharmonické aproximaci. Úhlové vazební členy, deformace vazebních úhlů, torzní členy. Nevazební interakce, van der Waals - typy vdW potenciálů, vodíková vazba, elektrostatické interakce, metody výpočtu nábojů.

Strategie modelování: stavba a parametrizace modelů, sestavení výrazu pro energii - nalezení vhodné aproximace. Základní typy silových polí pro molekulární simulace. Volba silových polí. Strategie optimalizace založená na experimentálních datech. Klíčová úloha experimentálních dat při tvorbě postupu modelování a při ověření výsledků modelování. Rtg. difrakce, chemická analýza, TEM, termogravimetrie a vibrační spektroskopie jako komplementární metody komplexní strukturní analýzy pro interpretaci výsledků molekulárně mechanických simulací. Praktické příklady molekulárně mechanických simulací při studiu struktur a vazeb. Možnosti využití molekulární dynamiky pro studium dynamických dějů v materiálech - sorpce, difuse, fázové přechody.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)

angličtina

The role of molecular simulations to understand structure relationships and substance properties. Areas of practical use of molecular simulations in physics, chemistry and material research. Visualization of crystal structures using the Materials Studio software, examples of structure relationships and properties on selected examples. Demonstration of the structure-type relationship, their symmetry and the shape of the diffractograms. Molecular Mechanics: Describing energy of molecular systems and crystals using empirical force fields. Binding energy in harmonic and anharmonic approximation. Angle couplings, deformation of coupling angles, torsion members. Non-bond interactions, van der Waals - vdW potential types, hydrogen bonding, electrostatic interactions, charge calculation methods.

Modeling strategies: modeling and parameterization of models, compiling the expression for energy - finding a suitable approximation. Basic types of force fields for molecular simulations. Selection of force fields. Optimization strategy based on experimental data. The key role of experimental data in modeling and verification of modeling results. Rtg. diffraction, chemical analysis, TEM, thermogravimetry and vibrational spectroscopy as complementary methods of complex structural analysis for the interpretation of molecular-mechanical simulations. Practical examples of molecular-mechanical simulations in studying structures and bonds. Possibilities of using molecular dynamics for the study of dynamic processes in materials - sorption, diffusion, phase transitions.

Poslední úprava: Pospíšil Miroslav, doc. RNDr., Ph.D. (27.04.2023)