本書作為材料科學與工程專業(yè)主干課程配套教材，多維度多角度地闡述了材料研究過程中所用到的計算模擬方法及其理論基礎。主要內容包括：量子力學及量子化學概述、第一性原理計算、分子動力學計算、有限元方法計算。各章均附有課后習題以及融媒體資料。本書內容突出了應用性與新穎性的特點，力求全面、實用，注重理論與實踐相結合。本書可作為高等學校教材，也可供從事材料專業(yè)及相關專業(yè)的師生參考。
目錄1量子力學與量子化學基礎11．1量子力學基礎11．1．1經典物理學的“危機”和量子力學的誕生11．1．2愛因斯坦的光量子假說61．1．3原子的穩(wěn)定性和玻爾的量子論81．1．4德布羅意物質波101．1．5波函數(shù)的統(tǒng)計詮釋141．1．6薛定諤方程171．1．7一維方勢阱(束縛態(tài))241．1．8一維δ勢阱281．1．9線性諧振子291．1．10一維勢散射351．2量子化學基礎391．2．1量子化學關于化學鍵的理論401．2．2分子軌道理論491．2．3配合物的化學鍵561．2．4別具一格的金屬鍵601．2．5分子間的締合鍵——氫鍵63習題652第一性原理計算在材料研究中的應用682．1密度泛函理論682．1．1Hartree方程702．1．2HartreeFock方法722．1．3密度泛函理論基礎752．1．4HohenbergKohn定理762．1．5KohnSham方程772．1．6基函數(shù)812．1．7贗勢文件892．1．8交換關聯(lián)勢942．1．9VASP程序的基本功能和常見參數(shù)962．2第一性原理計算在二維納米材料中的應用實例1002．2．1石墨烯的本征力學性質1002．2．2石墨烯的基本電子結構1032．2．3石墨烯中的磁性1042．2．4石墨烯建模1072．2．5Linux系統(tǒng)操作基礎1152．2．6VASP計算石墨烯能帶、態(tài)密度1172．3第一性原理計算在三維材料中的應用實例1222．3．1SiC光學性質計算1222．3．2磁性計算1262．3．3銳鈦礦表面H2O分解130習題136參考文獻1363分子動力學在材料研究中的應用1383．1分子動力學介紹1383．1．1分子動力學模擬的概念1383．1．2MD模擬的應用與意義1383．1．3MD模擬的發(fā)展趨勢1393．2分子的物理模型1413．2．1分子的物理模型在化學中的作用1413．2．2原子、分子的幾何模型1433．2．3分子的經典力學模型1463．3分子間相互作用1523．3．1分子間相互作用與勢函數(shù)1523．3．2分子間特殊勢函數(shù)1543．3．3分子間相互作用的起源1553．3．4氫鍵相互作用1583．3．5常用分子間相互作用勢函數(shù)1583．3．6金屬勢1613．4分子動力學方法1623．4．1分子動力學模擬的基本原理1623．4．2分子動力學的基本思想和計算流程1633．4．3分子體系的運動方程1653．4．4原子勢函數(shù)1673．4．5邊界條件、初始條件1683．4．6數(shù)值求解方法1683．5分子動力學模擬實例1713．5．1程序與模塊1713．5．2分子模型的創(chuàng)建與優(yōu)化1763．5．3水分子的擴散系數(shù)計算1843．5．4分子及團簇的分子動力學模擬1873．5．5多相體系的分子動力學模擬——氣液界面水/氣體系196習題202參考文獻2024有限元方法在材料研究中的應用2084．1有限元法簡介及其發(fā)展歷史2084．2有限元法原理2094．2．1數(shù)學基礎理論2104．2．2工程問題中的數(shù)學物理方程2154．2．3彈性理論2184．2．4變分函數(shù)2204．2．5插值函數(shù)2234．2．6形狀函數(shù)2254．2．7連通性2284．2．8剛度矩陣2294．2．9邊界條件2294．3有限元方法2294．3．1變分原理2294．3．2伽遼金(Galerkin)逼近2334．3．3聯(lián)系偏微分方程2384．4有限元法的應用2384．4．1近代梁工程的有限元方法2384．4．2Maxwell方程組的有限元解2484．4．3結構振動的有限元分析2534．4．4彈塑性問題的有限元分析258習題263
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