| 國立中興大學教學大綱 |
| 課程名稱 | (中) 奈米材料計算(6705) | ||||||||
| (Eng.) Computational Nanomaterials | |||||||||
| 開課單位 | 物理系 | ||||||||
| 課程類別 | 選修 | 學分 | 3 | 授課教師 | 李玟頡 等 | ||||
| 選課單位 | 物理系 / 碩士班 | 授課使用語言 | 中文 | 英文/EMI | N | 開課學期 | 1041 | ||
| 課程簡述 | 由於奈米材料的尺寸效應影響，使得巨觀理論無法應用在微觀奈米材料分析上，本課程主要教授奈米材料模擬方法，與藉由電腦上機操作模擬實習，深入淺出，讓學生了解微觀領域的電腦模擬技術。 | ||||||||
| 先修課程名稱 | 課程含自主學習 | N | |||||||
| 課程與核心能力關聯配比(%) | 課程目標之教學方法與評量方法 | |||||||||||||||||||
| 課程目標 | 核心能力 | 配比(%) | 教學方法 | 評量方法 | ||||||||||||||||
| 學習微觀模擬理論包含分子動力學與第一性原理計算，並懂得如何利用開源軟體執行材料模擬計算與分析。 |
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| 授課內容(單元名稱與內容、習作/每週授課、考試進度-共18週) | ||||||||||||||||||||
| 第一周 課程簡介 1. 課程目標 2. 奈米材料簡介 第二周 奈米材料發展 1. 微觀模擬方法與發展現況簡介 2. 模擬範例介紹：金屬玻璃合金模擬與實驗驗證 3. 模擬平台simPlatform介紹 第三周 分子動力學簡介 1. 勢能函數 2. 有限差分法與時間積分數值方法 3. 時間步階與能量收斂選取法則 4. 熱力學系综 5. 邊界條件 6. 力量計算與修正 7. 鄰近表列 8. 力場介紹(LJ勢能、第一代力場、Ewal sum、第二代力場反應力場、原子嵌入法) 9. 無因次化 10. 計算流程(初始速度馬克斯威爾分布、平衡、統計分析) 第四周 Lammps分子動力學開源軟體介紹 1. LAMMPS主要功能介紹 2. 指令與功能介紹(初始設定功能、邊界設定功能、能量力量計算、統計運算、輸出) 3. 軟體前處理與後處理 4. 安裝教學 5. 平行運算、圖形顯示加速器運算 第五周 實作練習 1. Lennar jonnes particle (無因次) 2. 熱性質模擬計算 3. 變數設定 4. Lennar jonnes potential模擬銅塊材模擬(無因次) 第六周 補假 第七周 實作練習 1. 鑲嵌原子法模擬銅塊材 2. 平衡法則計算(速度分佈、能量收斂分析、熱力學性質收斂分析、平均統計分析) 3. OVITO開源影像軟體簡介與教學(奈米結構影像化、奈米微結構分析) 第八周 專題報告與實作練習 1. 同學專題報告簡介 2. LAMMPS結構檔格式教學與建構，匯入外來結構檔教學 第九周 期中考 第十周 實作練習 1. OVITO 影像軟體之結構性質分析模組、影像處理教學 2. 不同材料勢能變換與使用 3. Avogadro建模影像軟體教學，輸出，及與lammps的連結，以建構奈米碳管為例 第十一周 實作練習 1. 共價鍵結分子模擬，以水分子模擬為例 2. 時間平均計算，在熱力學性質分析之應用 3. 群組設定、多種邊界條件教學 第十二周 期末專題成果報告與實作練習 1. 奈米壓痕模擬教學，平均原子應力計算 2. 同學期末專題成果報告 第十三周表面物理簡介 1. 課程目標 2. 奈米材料簡介 第十四周 認識晶體結構、無機及有機晶體結構資料庫之使用 1. 晶體結構簡介 2. 結構資料庫(The Materials Project)使用 3. 模擬平台simPlatform介紹 第十五周 預測晶格常數及塊體模量 1. 簡單Linux指令與功能介紹 2. 預測塊材晶格常數及體模量 3. 範例操作示範與練習 第十六周 能帶結構、能隙與投影態密度簡介 1. 半導體及絕緣體的能帶結構 2. 金屬的態密度與費米面 3. 範例操作示範與練習 第十七周 表面重構與功函數計算 1. 金屬表面之表層收縮計算 2. 金屬表面能計算 3. 金屬功函數計算 4. 範例操作示範與練習 第十八周 期末專題成果報告或課題上機實作 1.期末專題成果報告或上機實測 |
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| 學習評量方式 | ||||||||||||||||||||
| 繳交期中報告(密度泛函計算專題模擬)與期末報告(分子動力學計算專題模擬) | ||||||||||||||||||||
| 教科書＆參考書目(書名、作者、書局、代理商、說明) | ||||||||||||||||||||
| 書 名：Band Theory and Electronic Properties of Solids (Oxford master series in condensed matter physics) 著 者：John Singleton 出版項：Oxford University Press, 2001 書 名：Electronic Structure Basic Theory and Practical Methods 著 者：Richard M. Martin 出版項：Cambridge University Press, 2003 書 名：Understanding Molecular Dynamics : From algorithms to application (Oxford master series in condensed matter physics) 著 者：Daan Frenkel and BerendSmit 出版項：Academic Press; 2 edition (November 7, 2001) 書 名：Molecular modeling: Principles and Applications 著 者：Andrew R. Leach 出版項：Addison Wesley Longman Limited,1996 |
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| 課程教材（教師個人網址請列在本校內之網址） | ||||||||||||||||||||
| 課程輔導時間 | ||||||||||||||||||||
| 週三2pm~4pm | ||||||||||||||||||||
| 聯合國全球永續發展目標(連結網址) | ||||||||||||||||||||
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| 請尊重智慧財產權及性別平等意識，不得非法影印他人著作。 | |
| 更新日期 西元年/月/日：無 | 列印日期 西元年/月/日：2025 / 7 / 08 |
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