9360-0141/03 – Molekulární modelování a design nanomateriálů (MOLMOD)

Garantující katedraCentrum nanotechnologiíKredity4
Garant předmětudoc. Ing. Jonáš Tokarský, Ph.D.Garant verze předmětudoc. Ing. Jonáš Tokarský, Ph.D.
Úroveň studiapregraduální nebo graduálníPovinnostpovinně volitelný
Ročník2Semestrzimní
Jazyk výukyčeština
Rok zavedení2016/2017Rok zrušení
Určeno pro fakultyUSPUrčeno pro typy studianavazující magisterské
Výuku zajišťuje
Os. čís.JménoCvičícíPřednášející
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.

Způsob průběžné kontroly znalostí během semestru

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

Akademický rokProgramOborSpec.FormaJazyk výuky Konz. stř.RočníkZLTyp povinnosti
2018/2019 (N2658) Výpočetní vědy (2612T078) Výpočetní vědy P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2017/2018 (N2658) Výpočetní vědy (2612T078) Výpočetní vědy P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán
2016/2017 (N2658) Výpočetní vědy (2612T078) Výpočetní vědy P čeština Ostrava 2 povinně volitelný stu. plán

Výskyt ve speciálních blocích

Název blokuAkademický rokForma studiaJazyk výuky RočníkZLTyp blokuVlastník bloku