Handbook of Materials Modeling.pdf

《材料建模手册》是一本专注于材料建模与模拟基础方法和研究的汇编，旨在为新兴的计算研究领域，即我们现在可以称之为“计算材料科学”的领域，提供一个基础性的参考工具。由于这一领域已变得相当多元化，全面覆盖所有相关主题的努力注定会是徒劳的。即便范围有限，目前的这项工作也需要由13位主题编辑的专注努力来设定九个章节的范围、征集作者并收集内容。 手册分为两部分，第一部分是关于不同建模方法的介绍，第二部分是关于模型的介绍。第一部分中的方法部分由麻省理工学院的Sidney Yip编辑，涵盖了电子尺度和原子尺度上的材料建模。电子尺度可能涉及量子力学方法和第一性原理计算，这是材料科学和凝聚态物理中对电子行为和相互作用的模拟。原子尺度的建模可能涉及到分子动力学模拟，其中使用牛顿运动定律来计算材料中原子的运动和相互作用。这些都是在微观层面上理解材料性质的重要方法。 第二部分（模型部分）涵盖了材料科学中的不同方面，包括速率过程、晶体缺陷、微观结构和流体。速率过程可能涉及化学反应动力学和扩散动力学，在这里材料科学家可以研究化学反应的速率以及物质在固体内部的扩散。晶体缺陷部分则聚焦于原子或分子层面上晶体结构的缺陷，如位错、空位等，这对理解材料的机械性质至关重要。微观结构部分可能包含对材料的组织结构的建模，如晶粒尺寸、形态和相分布。流体部分可能涵盖了流体动力学的模拟，这在处理液体和气体流动问题时非常重要。 该手册还可能包含一些章节，专门讲述特定领域如聚合物和软物质的建模。聚合物科学中的建模通常需要考虑链的柔顺性、缠结效应以及与溶剂或填充材料的相互作用。而软物质的建模则可能涉及到液晶、凝胶、乳液等复杂系统的行为。 手册在介绍每一部分之前，都有一个详细的内容表、编辑和贡献者的名单以及序言。这些内容为读者提供了清晰的阅读路径和参考资料，方便读者在特定主题上深入研究。此外，手册最后还包含了一个贡献者索引和关键词索引，为研究人员提供了快速定位信息的方式。 在实际操作中，手册的每一章都可能包含对相关数学方法的介绍，因为材料模型的建立和计算往往需要复杂的数学工具。例如，在描述原子尺度模型时，可能需要使用统计力学和微分方程；在处理聚合物和软物质时，可能需要偏微分方程和流体力学方程。这些数学方法是材料模型建立不可或缺的一部分。 手册对于材料科学家、工程师以及与材料性能计算和模拟相关的研究者而言，是一个极为宝贵的资源。它不仅为初学者提供了进入材料建模领域的入门知识，也使那些有经验的研究者能够在自己的工作中找到灵感和参考资料。通过提供各种建模方法和模型，手册帮助研究人员能够更好地理解材料的微观结构与宏观性能之间的关系，从而促进新材料的发现与设计。