9360-0141/03 – Molekulární modelování a design nanomateriálů (MOLMOD)
| Garantující katedra | Centrum nanotechnologií | Kredity | 4 |
| Garant předmětu | doc. Ing. Jonáš Tokarský, Ph.D. | Garant verze předmětu | doc. Ing. Jonáš Tokarský, Ph.D. |
| Úroveň studia | pregraduální nebo graduální | Povinnost | povinně volitelný |
| Ročník | 2 | Semestr | zimní |
| | Jazyk výuky | čeština |
| Rok zavedení | 2016/2017 | 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
Nejsou 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
Podmínky absolvování jsou definovány pouze pro konkrétní verzi předmětu a formu studia
Výskyt ve studijních plánech
Výskyt ve speciálních blocích
Hodnocení Výuky
Předmět neobsahuje žádné hodnocení.