《計算礦物學》是2021年科學出版社出版的圖書，作者是邊亮。
基本介紹
- 中文名：計算礦物學
- 作者：邊亮
- 出版社：科學出版社
- 出版時間：2021年8月1日
- 頁數：203 頁
- 定價：198.00 元
- 開本：16 開
- 裝幀：平脊精裝
- ISBN：9787030692511
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
計算礦物學屬於一門交叉學科，其建立和發展依賴於物理學和計算機學的進步。不同於實驗礦物學從測試結論反推理論模型，計算礦物學可根據已知礦物模型計算理論模型的最優理論值，或預研推測未知模型及其相應參數。目前，國內外計算礦物學的相關論文很多，但其發展仍滯後於實驗礦物學。考慮到礦物學、地質學和地球物理化學等相關從業人員的物理學和計算機知識背景，本書對計算礦物學中三類模擬尺度（納觀-微觀、微觀-介觀和介觀-巨觀）的主流模擬技術進行評述，弱化物理學理論敘述、公式推導和程式編寫等內容，重點歸納多尺度理論模擬方法的基本思想、原理和數據分析方法，並列舉部分實例進行說明。
圖書目錄
第1章 礦物學 1
1.1 礦物學概述 1
1.1.1 起源與發展 1
1.1.2 分支學科 3
1.2 礦物概述 5
1.2.1 礦物命名 5
1.2.2 天然礦物分類 6
1.2.3 套用礦物分類 9
1.3 礦物學套用領域 11
1.3.1 光學礦物材料套用 11
1.3.2 電學礦物材料套用 12
1.3.3 熱學礦物材料套用 13
1.3.4 力學礦物材料套用 14
1.3.5 磁學礦物材料套用 14
1.3.6 核科學礦物材料套用 14
1.3.7 寶石 15
1.3.8 環保 15
1.3.9 農業礦物 16
1.3.10 藥用礦物 17
1.4 礦物學實驗研究方法 17
1.4.1 粒度和孔道測試 17
1.4.2 形貌測試 18
1.4.3 結構測試 21
1.4.4 結合鍵測試 23
1.4.5 元素測試 26
1.4.6 自由基測試 30
1.4.7 熱學測試 31
1.4.8 光學測試 32
1.4.9 電學測試 35
1.4.10 磁學測試 37
1.4.11 力學測試 38
參考文獻 39
第2章 計算方法概述 42
2.1 計算研究的起源、發展與現狀 42
2.2 計算方法分類 44
2.3 密度泛函理論的起源和發展概述 45
2.4 密度泛函理論模擬的基本思想 50
2.4.1 經典理論 50
2.4.2 Hohenberg-Kohn定理 50
2.4.3 Kohn-Sham方程 51
2.4.4 交換關聯相關項 51
2.4.5 緊束縛近似 53
2.5 分子動力學的起源和發展概述 53
2.6 分子動力學模擬的基本思想 55
2.6.1 經典理論 55
2.6.2 初始體系的設定 55
2.6.3 力的計算方法 56
2.6.4 運動方程數值求解 58
2.6.5 勢函式(力場)的適用性 59
2.6.6 系綜原理 60
2.6.7 CPMD方法簡介 62
2.7 蒙特卡羅法的起源和發展概述 63
2.8 蒙特卡羅模擬的基本思想 64
2.8.1 經典理論 64
2.8.2 隨機行走 66
2.8.3 統計物理思想 66
2.8.4 權重蒙特卡羅積分法 67
2.8.5 能量模型 69
2.9 過渡態理論的起源和發展概述 70
2.10 過渡態理論的基本思想 71
2.10.1 經典理論 71
2.10.2 過渡態理論 72
2.10.3 變分過渡態理論 74
2.10.4 微正則變分過渡態理論 75
2.11 微觀-介觀尺度動力學模擬概述 76
2.12 粗粒化分子動力學 78
2.12.1 經典理論 78
2.12.2 方法分類 79
2.13 耗散粒子動力學 80
2.13.1 經典理論 80
2.13.2 方法分類 81
2.14 元胞自動機 83
2.14.1 經典理論 83
2.14.2 方法分類 84
2.15 介觀-巨觀尺度的模擬概述 85
2.16 有限元理論 85
2.16.1 有限元理論的起源和發展概述 85
2.16.2 有限元理論的基本思想 87
2.16.3 有限差分法 89
2.16.4 方法分類 89
2.17 人工神經網路技術 90
2.17.1 人工神經網路技術的起源和發展概述 90
2.17.2 人工神經網路技術的基本思想 91
2.17.3 方法分類 91
參考文獻 92
第3章 礦物晶格結構的模擬 97
3.1 礦物晶格的能量 97
3.2 礦物晶格的動力學靜態性能 98
3.2.1 溫度影響 98
3.2.2 能量影響 99
3.2.3 壓力影響 100
3.3 礦物晶格的動力學徑向分布函式和靜態結構因子 100
3.3.1 徑向分布函式 100
3.3.2 靜態結構因子 101
3.4 礦物晶格賦存元素模擬的經典蒙特卡羅法 101
3.4.1 附著位置和附著能 101
3.4.2 溫度和壓力影響平均附著量 103
3.4.3 礦物晶格賦存元素的模擬實例 103
參考文獻 106
第4章 礦物晶格的光電特性模擬 108
4.1 礦物晶格的電子轉移過程 108
4.1.1 Mulliken布居分布 108
4.1.2 前線軌道 109
4.1.3 電子能級和有效電子/空穴 110
4.1.4 能態密度 111
4.2 礦物晶格的光電特性 113
4.2.1 能隙和吸收波長的關係 113
4.2.2 介質折射指數 114
4.3 礦物晶格光電特性的模擬實例 115
參考文獻 118
第5章 礦物晶格內的物質傳輸模擬 121
5.1 礦物晶格分子動力學的動態性能 121
5.1.1 關聯函式 121
5.1.2 輸運性質 121
5.2 礦物晶格內小分子的擴散 122
5.2.1 礦物晶格內的自由體積 122
5.2.2 經典的愛因斯坦擴散 123
5.2.3 非愛因斯坦擴散 124
5.3 往返式擴散數據分析方法 125
5.3.1 聚類法分析小分子的擴散係數 125
5.3.2 擴散率與滲透率的擬合法 125
5.3.3 自由體積賦存小分子的擴散與聚類分析模擬實例 126
參考文獻 130
第6章 礦物-小分子的表面化學反應和界面電子轉移 132
6.1 礦物表/界面模擬方法簡介 132
6.2 礦物表面賦存小分子的模擬 133
6.2.1 礦物表面的建模方法 133
6.2.2 礦物表面賦存離子或小分子的建模方法 134
6.2.3 礦物表面賦存小分子的模擬方法 135
6.3 礦物表面賦存小分子的模擬實例 137
6.3.1 礦物表面賦存多肽小分子電子轉移的MD模擬實例 137
6.3.2 礦物表面賦存多肽小分子電子轉移的GCMC-MD-DFT模擬實例 140
6.3.3 礦物表面賦存有機小分子的TST-DFT模擬實例 143
6.3.4 礦物表面賦存有機小分子的MD-DFT-2D-CA模擬實例 146
6.4 礦物界面賦存小分子的建模 149
6.4.1 無機複合礦物界面的建模方法 149
6.4.2 礦物-小分子界面的建模方法 150
6.4.3 礦物界面建模實例 151
6.5 多尺度模擬聯用技術在礦物界面電子轉移過程中的套用 153
6.5.1 礦物界面電子轉移過程的GCMC-MD-DFT模擬實例 153
6.5.2 礦物界面賦存小分子電子轉移過程的GCMC-MD-DFT模擬 156
6.5.3 礦物層間賦存小分子電子轉移過程的GCMC-MD-DFT模擬 164
參考文獻 167
第7章 礦物溶解、結晶和生長過程的模擬 170
7.1 礦物表面溶質的分布模擬 170
7.1.1 礦物表面溶質的機率分布與表界面偏析 170
7.1.2 礦物表面溶質的動態機率分布 171
7.1.3 礦物賦存溶質的機率分布模擬實例 171
7.2 礦物溶解與有機小分子誘導相變作用的模擬 174
7.2.1 有機小分子溶解礦物過程的模擬 174
7.2.2 有機小分子團簇表面礦物分子的GCMC-MD-DFT模擬實例 175
7.2.3 細菌代謝有機小分子浸出礦物內稀土元素的模擬與實驗實例 180
7.3 礦物溶解與微量元素誘導相變作用的模擬 183
7.3.1 能態密度的定量分析方法：二維相關數據分析法 183
7.3.2 微量元素誘導礦物相變過程實例 186
7.3.3 微量元素遷移誘導礦物相變過程實例 191
7.4 礦物溶解的動力學和靜力學 194
7.4.1 礦物顆粒聚集和流動過程的耗散粒子動力學模擬 194
7.4.2 礦物孔隙內的小分子流動和礦物溶解模擬 195
7.4.3 礦物靜力學和動力學模擬 196
7.5 礦物結晶-生長過程和巨觀數據模擬 196
7.5.1 礦物結晶過程的粗粒化模擬 196
7.5.2 礦物生長的元胞自動機模擬 197
7.5.3 巨觀數據的人工神經網路技術模擬 197
參考文獻 198
附錄 201
