Розділ 8.10: Дизайн матеріалів: обчислювальне моделювання та високопродуктивний скринінг

Розробка матеріалів стосується процесу створення нових матеріалів із певними властивостями та функціями шляхом поєднання різних елементів і сполук на атомному чи молекулярному рівні. Останніми роками ця галузь досягла значного прогресу, в основному завдяки застосуванню обчислювального моделювання та високопродуктивних методів скринінгу.

Історію дизайну матеріалів можна простежити до 19 століття, коли вперше були встановлені принципи кристалографії. На початку 20-го століття розвиток методів рентгенівської дифракції дозволив вченим більш детально вивчити атомну та молекулярну структуру матеріалів. Це призвело до відкриття нових матеріалів, таких як цеоліти, які є пористими матеріалами, які застосовуються в каталізі та розділенні газів.

У 1950-х і 1960-х роках концепція «матеріалознавства» була офіційно оформлена як дисципліна, що поєднує аспекти фізики, хімії та техніки для вивчення властивостей і поведінки матеріалів. У цей період було досягнуто значних успіхів у розробці нових матеріалів, таких як високоміцні сплави та напівпровідники.

У 1980-х і 1990-х роках поява методів обчислювального моделювання та симуляції зробила революцію в галузі матеріалознавства, дозволивши вченим проектувати та прогнозувати властивості матеріалів на атомному та молекулярному рівнях. Це призвело до розробки нових матеріалів, таких як високотемпературні надпровідники, які мають потенціал для широкого застосування в електроніці та енергетиці.

Сьогодні галузь проектування матеріалів продовжує швидко розвиватися з розробкою нових обчислювальних методів і високопродуктивних методів скринінгу, що дозволяє створювати матеріали з безпрецедентними властивостями та функціями. Наприклад, вчені використовували обчислювальне моделювання для розробки нових матеріалів для зберігання та перетворення енергії, таких як літій-іонні батареї та сонячні елементи. Високопродуктивні методи скринінгу також використовувалися для швидкого перевірки великої кількості матеріалів на бажані властивості, що дозволило відкривати нові матеріали для каталізу, зондування та інших застосувань.

Підводячи підсумок, можна сказати, що історію дизайну матеріалів можна простежити до початку 20 століття, значний прогрес був досягнутий у 1950-х і 1960-х роках із появою матеріалознавства як дисципліни. Розвиток обчислювального моделювання та високопродуктивних методів скринінгу в 1980-х і 1990-х роках здійснив революцію в галузі, дозволивши створювати нові матеріали з безпрецедентними властивостями та функціями.