9360-0141/02 – Molekulární modelování a design nanomateriálů (MOLMOD)

Garantující katedraCentrum nanotechnologiíKredity5
Garant předmětudoc. Ing. Jonáš Tokarský, Ph.D.Garant verze předmětudoc. Ing. Jonáš Tokarský, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduální
Jazyk výukyangličtina
Rok zavedení2010/2011Rok zrušení
Určeno pro fakultyUSPUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
CAP01 prof. RNDr. Pavla Čapková, DrSc.
HLA321 Ing. Dominik Hlaváč
SIM75 doc. Ing. Gražyna Simha Martynková, Ph.D.
TOK006 doc. Ing. Jonáš Tokarský, Ph.D.
Rozsah výuky pro formy studia
Forma studiaZp.zak.Rozsah
prezenční Zápočet a zkouška 2+2

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:

POSPÍŠIL, M. and M. VETEŠKA. Computational procedures in molecular dynamics. Materials Structure. 2012, vol. 19, no. 2, pp. 71-74. COMBA, P. and T. W. HAMBLEY. Molecular modeling of inorganic compounds. 2nd ed. Weinheim: Wiley-VCH, 2001. ISBN 3-527-297778-2. HINCHLIFFE, A. Molecular modelling for beginners. 2nd ed. Hoboken, NJ: Wiley, 2008. ISBN 978-0470513149.

Doporučená literatura:

SMIT, B. and D. FRENKEL. Understanding molecular simulation: from algorithms to applications. 2nd ed. San Diego: Academic Press, 2002. ISBN 978-0122673511.

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

Prezenční forma (platnost od: 2014/2015 zimní semestr)
Název úlohyTyp úlohyMax. počet bodů
(akt. za podúlohy)
Min. počet bodů
Zápočet a zkouška Zápočet a zkouška 100 (100) 51
        Zápočet Zápočet 40  20
        Zkouška Zkouška 60  40
Rozsah povinné účasti:

Zobrazit historii

Výskyt ve studijních plánech

Akademický rokProgramObor/spec.Spec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2019/2020 (N3942) Nanotechnologie (3942T001) Nanotechnologie P angličtina Ostrava 1 povinný stu. plán
2018/2019 (N3942) Nanotechnologie (3942T001) Nanotechnologie P angličtina Ostrava 1 povinný stu. plán
2017/2018 (N3942) Nanotechnologie (3942T001) Nanotechnologie P angličtina Ostrava 1 povinný stu. plán
2015/2016 (N3942) Nanotechnologie (3942T001) Nanotechnologie P angličtina Ostrava povinný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku
USP 2018/2019 prezenční angličtina volitelný odborný USP - Univerzitní studijní programy stu. blok
USP 2017/2018 prezenční angličtina volitelný odborný USP - Univerzitní studijní programy stu. blok
USP 2016/2017 prezenční angličtina volitelný odborný USP - Univerzitní studijní programy stu. blok
USP 2015/2016 prezenční angličtina volitelný odborný USP - Univerzitní studijní programy stu. blok