9360-0141/01 – Molekulární modelování a design nanomateriálů (MOLMOD)
| Garantující katedra | Centrum nanotechnologií | Kredity | 5 |
| Garant předmětu | doc. Ing. Jonáš Tokarský, Ph.D. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Jonáš Tokarský, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | | |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2010/2011 | Rok zrušení | 2019/2020 |
| Určeno pro fakulty | USP | Určeno pro typy studia | navazující magisterské |
Cíle předmětu vyjádřené dosaženými dovednostmi a kompetencemi
Student bude schopen:
diskutovat rozdíly mezi kvantovou a molekulární mochanikou,
klasifikovat a charakterizovat silová pole,
klasifikovat a charakterizovat algoritmy používané v molekulární mechanice a dynamice,
diskutovat a interpretovat výsledky molekulárních simulací,
porovnat výsledky simulací s experimentálními daty a vyvodit závěr o vlastnostech nanomateriálu,
aplikovat metody molekulárního modelování ve vývoji nanomateriálů.
Vyučovací metody
Přednášky
Individuální konzultace
Cvičení (v učebně)
Anotace
Tento předmět seznamuje studenta s významným nástrojem současného vědeckého výzkumu – počítačovým molekulárním modelováním. Větší část předmětu je věnována teorii molekulárního modelování s využitím silových polí, tj. molekulární mechanice a klasické molekulární dynamice, avšak pozornost je věnována rovněž metodám Monte Carlo a mezoškálovým metodám. Další část je pak věnována konkrétnímu použití molekulární mechaniky a dynamiky ve výzkumu a vývoji nanomateriálů, přičemž je kladen důraz na součinnost molekulárního modelování a experimentu pro pochopení vztahu mezi strukturou a vlastnostmi. Předešlé znalosti studentů z oblasti instrumentální analýzy jsou tímto doplněny a rozšířeny o další možnosti charakterizace nanomateriálů. Přednášky jsou doplněny mnoha ukázkami ze současné odborné literatury, ale rovněž z vědecké praxe. Součástí předmětu jsou praktická cvičení, ve kterých studenti aplikují získané vědomosti z oblasti molekulárního modelování k řešení praktických příkladů.
Povinná literatura:
Doporučená literatura:
Forma způsobu ověření studijních výsledků a další požadavky na studenta
E-learning
Další požadavky na studenta
Pro tento předmět nejsou stanoveny další požadavky na studenta.
Prerekvizity
Předmět nemá žádné prerekvizity.
Korekvizity
Předmět nemá žádné korekvizity.
Osnova předmětu
Úloha molekulárního modelování pro pochopení vztahů struktury a vlastností látek a význam modelování v predikci struktury a vlastností. Praktické příklady z vývoje nanomateriálů.
Principy supramolekulární chemie. Povaha intermolekulárních interakcí a jejich empirický popis. Typy silových polí.
Molekulární mechanika. Vazební energie v harmonické aproximaci. Anharmonicita potenciálů, její projevy a popis. Popis nevazebných interakcí. Potenciál atom-atom, vodíková vazba, elektrostatické interakce. Metody výpočtu nábojů. Optimalizace struktury molekulárních krystalů.
Strategie molekulárního modelování. Stavba a parametrizace modelů. Problém nalezení globálního minima. Geometrická optimalizace a její strategie. Stochastické a deterministické metody. Volba vhodného silového pole.
Molekulární dynamika. Klasická molekulární dynamika, řešení Newtonových rovnic, stochastické metody (Monte Carlo), generování statistických souborů. Studium dynamických dějů a fázových přechodů.
Úloha experimentu v molekulárním modelování při ověření a interpretaci výsledků. RTG difrakce a IČ spektroskopie jako komplementární metody strukturní analýzy částečně neuspořádaných materiálů.
Využití molekulárního modelování při vývoji fotokatalytických a antibakteriálních nanokompozitů, nosičů léčiv a hybridních organo-anorganických nanostruktur.
Podmínky absolvování předmětu
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky