अभिकलनात्मक ऊष्मागतिकी

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कम्प्यूटेशनल thermodynamic ्स सामग्री विज्ञान के लिए विशिष्ट थर्मोडायनामिक समस्याओं का अनुकरण करने के लिए कंप्यूटर का उपयोग है, विशेष रूप से चरण आरेखों के निर्माण में उपयोग किया जाता है।[1][2] इन कार्यों को करने के लिए कई खुले और व्यावसायिक कार्यक्रम मौजूद हैं। तकनीक की अवधारणा प्रणाली की गिब्स मुक्त ऊर्जा को कम करना है; इस विधि की सफलता न केवल थर्मोडायनामिक गुणों की सूची में थर्मोडायनामिक गुणों को ठीक से मापने के कारण है, बल्कि रासायनिक तत्वों के मेटास्टेबल अपररूपता के गुणों के एक्सट्रपलेशन के कारण भी है।

इतिहास

धातु-आधारित चरण आरेखों की कम्प्यूटेशनल मॉडलिंग, जो पिछली शताब्दी की शुरुआत में मुख्य रूप से जॉन वान लार द्वारा की गई थी और नियमित समाधानों की मॉडलिंग, हाल के वर्षों में CALPHAD (PHAse आरेखों की गणना) में विकसित हुई है।[3] इसकी शुरुआत 1970 के दशक से अमेरिकी धातुविज्ञानी लैरी कॉफमैन द्वारा की गई है।[4][5][6]


वर्तमान स्थिति

कम्प्यूटेशनल थर्मोडायनामिक्स को सामग्री सूचना विज्ञान का एक हिस्सा माना जा सकता है और यह सामग्री जीनोम परियोजना के पीछे की अवधारणाओं की आधारशिला है। जबकि क्रिस्टलोग्राफिक डेटाबेस का उपयोग मुख्य रूप से एक संदर्भ स्रोत के रूप में किया जाता है, थर्मोडायनामिक डेटाबेस सूचना विज्ञान के शुरुआती उदाहरणों में से एक का प्रतिनिधित्व करते हैं, क्योंकि इन डेटाबेस को बाइनरी और टर्नरी मिश्र धातुओं में चरण स्थिरता को मैप करने के लिए ऊष्मारसायन में एकीकृत किया गया था।[7] कम्प्यूटेशनल थर्मोडायनामिक्स में उपयोग की जाने वाली कई अवधारणाओं और सॉफ़्टवेयर का श्रेय एसजीटीई ग्रुप को दिया जाता है, जो थर्मोडायनामिक डेटाबेस के विकास के लिए समर्पित एक संघ है; ओपन एलिमेंट्स डेटाबेस निःशुल्क उपलब्ध है[8] डिन्सडेल के पेपर पर आधारित।[9] यह तथाकथित यूनरी सिस्टम बाइनरी और मल्टीपल सिस्टम के विकास के लिए एक सामान्य आधार साबित होता है और इस क्षेत्र में वाणिज्यिक और खुले सॉफ्टवेयर दोनों द्वारा उपयोग किया जाता है।

हालाँकि, जैसा कि हाल ही में कहा गया है[when?] CALPHAD कागजात और बैठकें, ऐसे Dinsdale/SGTE डेटाबेस को सामान्य आधार रखने की उपयोगिता के बावजूद समय के साथ सही करने की आवश्यकता होगी। इस मामले में, अधिकांश प्रकाशित आकलन को संशोधित करने की आवश्यकता होगी, उसी तरह जैसे किसी घर की नींव गंभीर रूप से टूट जाने के कारण उसका पुनर्निर्माण करना हो। इस अवधारणा को उल्टे पिरामिड के रूप में भी दर्शाया गया है।[10] केवल वर्तमान दृष्टिकोण (कमरे के तापमान से ऊपर के तापमान तक सीमित) का विस्तार करना एक जटिल कार्य है।[11] PyCalphad, एक Python (प्रोग्रामिंग भाषा)#Libraries, को खुला स्रोत सॉफ्टवेयर का उपयोग करके सरल कम्प्यूटेशनल थर्मोडायनामिक्स गणना की सुविधा के लिए डिज़ाइन किया गया था।[12] जटिल प्रणालियों में, CALPHAD जैसी कम्प्यूटेशनल विधियों को प्रत्येक चरण के लिए थर्मोडायनामिक गुणों को मॉडल करने और बहुघटक चरण व्यवहार का अनुकरण करने के लिए नियोजित किया जाता है।[13] कुछ महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में उच्च दबावों के लिए CALPHAD का अनुप्रयोग, जो इस्पात | Fe-C प्रणाली जैसे सामग्री विज्ञान के एक पक्ष तक सीमित नहीं है,[14] उच्च दबाव पर Fe-C प्रणाली में चरण संबंधों की कम्प्यूटेशनल थर्मोडायनामिक गणना का उपयोग करके प्रयोगात्मक परिणामों की पुष्टि करता है। अन्य वैज्ञानिकों ने चिपचिपाहट और अन्य भौतिक मापदंडों पर भी विचार किया, जो थर्मोडायनामिक्स के क्षेत्र से परे हैं।[15]


भविष्य के घटनाक्रम

एब इनिटियो विधियों के बीच अभी भी एक अंतर है[16] और ऑपरेटिव कम्प्यूटेशनल थर्मोडायनामिक्स डेटाबेस। अतीत में, मिडेमा मॉडल पर आधारित लैरी कॉफ़मैन के शुरुआती कार्यों द्वारा शुरू किया गया एक सरलीकृत दृष्टिकोण, सबसे सरल बाइनरी संख्या सिस्टम की शुद्धता की जांच करने के लिए नियोजित किया गया था। हालाँकि, दोनों समुदायों को ठोस अवस्था भौतिकी और सामग्री विज्ञान से जोड़ना एक चुनौती बनी हुई है,[17] जैसा कि यह कई वर्षों से होता आ रहा है।[18] एब इनिटियो क्वांटम यांत्रिकी आणविक सिमुलेशन पैकेज जैसे वियना एब-इनिशियो सिमुलेशन पैकेज से आशाजनक परिणाम ज़ेनटूल जैसे दृष्टिकोण के साथ थर्मोडायनामिक डेटाबेस में आसानी से एकीकृत होते हैं।[19] ओपन क्वांटम मैटेरियल्स डेटाबेस का उपयोग करके इंटरमेटेलिक यौगिकों के लिए डेटा एकत्र करने का एक अपेक्षाकृत आसान तरीका अब संभव है। ज़ेनट्रॉपी की अवधारणा पर केंद्रित पत्रों की एक श्रृंखला प्रोफेसर द्वारा प्रस्तावित की गई है। जेड.के. लियू और उनके अनुसंधान समूह को हाल ही में प्रस्तावित किया गया है [20]


यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ Liu, Zi-Kui; Wang, Yi (2016). सामग्रियों की कम्प्यूटेशनल थर्मोडायनामिक्स. Cambridge University Press. ISBN 9780521198967.
  2. ↑ Liu, Zi-Kui; Wang, Liu (2020). "कम्प्यूटेशनल कम्प्यूटेशनल थर्मोडायनामिक्स और इसके अनुप्रयोग". doi:10.1016/j.actamat.2020.08.008. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
  3. ↑ Fabrichnaya, Olga; Saxena, Surendra K.; Richet, Pascal; Westrum, Edgar F. (14 March 2013). Thermodynamic Data, Models, and Phase Diagrams in Multicomponent Oxide Systems: An Assessment for Materials and Planetary Scientists Based on Calorimetric, Volumetric and Phase Equilibrium Data (in English). Springer Science & Business Media. ISBN 9783662105047.
  4. ↑ L Kaufman and H Bernstein, Computer Calculation of Phase Diagrams, Academic Press N Y (1970) ISBN 0-12-402050-X[page needed]
  5. ↑ N Saunders and P Miodownik, Calphad, Pergamon Materials Series, Vol 1 Ed. R W Cahn (1998) ISBN 0-08-042129-6[page needed]
  6. ↑ H L Lukas, S G Fries and B Sundman, Computational Thermodynamics, the Calphad Method, Cambridge University Press (2007) ISBN 0-521-86811-4[page needed]
  7. ↑ K., Saxena, Surendra (1993). Thermodynamic Data on Oxides and Silicates : an Assessed Data Set Based on Thermochemistry and High Pressure Phase Equilibrium. Chatterjee, Nilanjan., Fei, Yingwei., Shen, Guoyin. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg. ISBN 9783642783326. OCLC 840299125.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  8. ↑ http://www.crct.polymtl.ca/sgte/unary50.tdb[full citation needed][permanent dead link]
  9. ↑ Dinsdale, A.T. (1991). "शुद्ध तत्वों के लिए एसजीटीई डेटा". Calphad. 15 (4): 317–425. doi:10.1016/0364-5916(91)90030-N.
  10. ↑ "MICRESS® - the MICRostructure Evolution Simulation Software" (PDF).
  11. ↑ "Computational Materials Engineering" (PDF).
  12. ↑ Otis, Richard; Liu, Zi-Kui (2017). "Pycalphad: CALPHAD-based Computational Thermodynamics in Python". Journal of Open Research Software. 5: 1. doi:10.5334/jors.140.
  13. ↑ L., Lukas, H. (2007). Computational thermodynamics : the CALPHAD method. Fries, Suzana G., Sundman, Bo. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0521868112. OCLC 663969016.{{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  14. ↑ Fei, Yingwei; Brosh, Eli (2014). "Experimental study and thermodynamic calculations of phase relations in the Fe–C system at high pressure". Earth and Planetary Science Letters. 408: 155–62. Bibcode:2014E&PSL.408..155F. doi:10.1016/j.epsl.2014.09.044.
  15. ↑ Zhang, Fan; Du, Yong; Liu, Shuhong; Jie, Wanqi (2015). "Modeling of the viscosity in the AL–Cu–Mg–Si system: Database construction". Calphad. 49: 79–86. doi:10.1016/j.calphad.2015.04.001.
  16. ↑ P. Turchi AB INITIO AND CALPHAD THERMODYNAMICS OF MATERIALS https://e-reports-ext.llnl.gov/pdf/306920.pdf
  17. ↑ J. A. Alonso and N. H. March Electrons in Metals and Alloys http://www.sciencedirect.com/science/book/9780120536207[page needed]
  18. ↑ "मिश्रधातुओं के ऊष्मागतिकी पर अंतर्राष्ट्रीय संगोष्ठी की कार्यवाही - प्रथम संस्करण". elsevier.com. 1 January 1981. Retrieved 1 July 2023.[full citation needed][page needed]
  19. ↑ Manual zengen.cnrs.fr[dead link]
  20. ↑ Liu, Zi-Kui (2023). "Thermodynamics and its prediction and CALPHAD modeling: Review, state of the art, and perspectives". Calphad. 82: 102580. arXiv:2301.02132. doi:10.1016/j.calphad.2023.102580. S2CID 259138637 – via ScienceDirect.


बाहरी संबंध


कम्प्यूटेशनल थर्मोडायनामिक्स पर विश्वविद्यालय पाठ्यक्रम

श्रेणी:कम्प्यूटेशनल भौतिकी श्रेणी:सामग्री विज्ञान

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