अभिकलनात्मक ऊष्मागतिकी

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अभिकलनात्मक ऊष्मागतिकी (कम्प्यूटेशनल थर्मोडायनामिक्स) उपादान विज्ञान में थर्मोडायनमिक समस्याओं के प्रतिमिति के लिए कंप्यूटरों का उपयोग होता है, विशेष रूप से चरण आरेखों के निर्माण में उपयोग किया जाता है।[1][2]

इन प्रोग्राम को करने के लिए अनेक खुले और व्यावसायिक प्रोग्राम उपस्तिथ हैं। इस विधि की अवधारणा प्रणाली की गिब्स मुक्त ऊर्जा को कम करना होता है; इस विधि की सफलता न केवल थर्मोडायनमिक गतिविज्ञानगुणों की सूची में थर्मोडायनमिक गुणों को ठीक से मापने के कारण है, किंतु रासायनिक तत्व के अधीशय अपररूपता के गुणों के अतिक्रमण स्वतंत्रता की गुणवत्ता की भी है।

इतिहास

धातु-आधारित चरण आरेखों की गणनात्मक मॉडलिंग, जिसकी प्रारंभिक पिछली सदी की शुरुआत में जॉन वान लार और नियमित समाधान के लिए मुख्य रूप से हुआ, इसका विकास हाल के वर्षों में कैल्फहाड (चरण आरेखों की गणना) के रूप में हुआ है।[3] यह 1970 के दशक से अमेरिकी मेटलर्जिस्ट लैरी कौफमैन द्वारा प्रेरित किया गया है।[4][5][6]

वर्तमान स्थिति

कंप्यूटेशनल ऊष्मगतिकी को सामग्री सूचना विज्ञान का भाग माना जा सकता है और यह सामग्री जीनोम परियोजना के पीछे के अवधारणाओं की आधारशिला है। क्रिस्टलोग्राफिक डेटाबेस का उपयोग मुख्य रूप से संदर्भ स्रोत के रूप में किया जाता है, चूँकि थर्मोडायनमिक डेटाबेस सूचना विज्ञान के किंतु उदाहरणों में से 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] कंप्यूटेशनल थर्मोडायनमिक्स में उपयोग की जाने वाली अनेक अवधारणाओं और सॉफ़्टवेयर का श्रेय एसजीटीई ग्रुप को दिया जाता है, जो थर्मोडायनमिक डेटाबेस के विकास के लिए समर्पित संघ है; खुला तत्व डेटाबेस डिन्सडेल की पेपर के आधार पर मुफ़्त उपलब्ध है।[8] [9] इसे "एकत्र" प्रणाली के रूप में जाना जाता है, जो द्वितीयक और बहुतक प्रणालियों के विकास के लिए सामान्य आधार सिद्ध होता है और इस फील्ड में वाणिज्यिक और खुले सॉफ़्टवेयर दोनों इसका उपयोग करते हैं।

चूँकि, जैसा कि वर्तमान में कहा गया है कैल्फहाड कागजात और बैठकें, ऐसे डिन्सडेल/एसजीटीई डेटाबेस को सामान्य आधार रखने की उपयोगिता के अतिरिक्त समय के साथ सही करने की आवश्यकता होगी। इस स्थितियों में, अधिकांश प्रकाशित आकलन को संशोधित करने की आवश्यकता होगी, उसी प्रकार 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 जटिल प्रोग्राम है।[11] पिकल्फाड , पाइथन (प्रोग्रामिंग भाषा) पुस्तकालय, को खुला स्रोत सॉफ्टवेयर का उपयोग करके सरल "कंप्यूटेशनल ऊष्मगतिकी गणना की सुविधा के लिए डिज़ाइन किया गया था।[12] जटिल प्रणालियों में, कैल्फहाड जैसी गणनात्मक विधियों को प्रत्येक चरण के लिए थर्मोडायनमिक गतिविज्ञानगुणों 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 कैल्फहाड का अनुप्रयोग, जो इस्पात, Fe-C प्रणाली जैसे सामग्री विज्ञान के पक्ष तक सीमित नहीं है,[14] उच्च दबाव पर Fe-C प्रणाली में चरण संबंधों की "कंप्यूटेशनल ऊष्मगतिकी गणना का उपयोग करके प्रयोगात्मक परिणामों की पुष्टि करता है। अन्य वैज्ञानिकों ने चिपचिपाहट और अन्य भौतिक मापदंडों पर भी विचार किया, जो ऊष्मगतिकीके फील्ड से परे हैं।[15]

भविष्य के घटनाक्रम

प्रारंभिक दृष्टिकोण से विधियों के मध्य अभी भी अंतर है[16] और प्रयोगात्मक कंप्यूटेशनल थर्मोडायनमिक्स डेटाबेस के बीच अभी भी अंतर है। वर्त्तमान में मिडेमा मॉडल पर आधारित लैरी कॉफ़मैन के किंतु कार्यों द्वारा प्रारंभ किया गया सरलीकृत दृष्टिकोण, सबसे सरल बाइनरी संख्या प्रणाली की शुद्धता की जांच करने के लिए नियोजित किया गया था। चूँकि ,दोनों समुदायों को ठोस अवस्था भौतिकी और सामग्री विज्ञान से जोड़ना चुनौती बनी हुई है,[17] जैसा कि यह अनेक वर्षों से होता आ रहा है।[18] प्रारंभिक दृष्टिकोण से क्वांटम यांत्रिकी आणविक "नकली वास्तविकता पैकेज जैसे वियना एब-इनिशियो सिमुलेशन पैकेज से आशा जनक परिणाम ज़ेनटूल जैसे दृष्टिकोण के साथ थर्मोडायनमिक डेटाबेस में आसानी से एकीकृत होते हैं।[19]खुला क्वांटम मैटेरियल्स डेटाबेस का उपयोग करके आंतरधातु यौगिकों के लिए जानकारी एकत्र करने का अपेक्षाकृत आसान विधि अब संभव है। ज़ेनट्रॉपी की अवधारणा पर केंद्रित पत्रों की श्रृंखला प्रोफेसर द्वारा प्रस्तावित की गई है। प्रो. जे.के. लियू और उनके अनुसंधान समूह को वर्तमान 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. (2013-03-14). 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

"कंप्यूटेशनल ऊष्मगतिकी पर विश्वविद्यालय पाठ्यक्रम

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