Til hovedinnhold

ASMOD – Atomskalamodellering i SINTEF

ASMOD – Atomskalamodellering i SINTEF

Publisert 15. september 2011

Kjemisk og materialvitenskapelig forskning er tradisjonelt basert på laboratorieeksperimenter. Man kan imidlertid også beregne egenskapene til molekyler og materialer på atomært nivå ved hjelp av matematiske modeller basert på grunnleggende teoretisk fysikk. Disse metodene har gjennomgått en så rask utvikling at det har oppstått et gap mellom hva forskere flest tror er mulig og hva som faktisk er mulig. I dette gapet ligger et stort potensiale: Store vitenskapelige gevinster kan høstes ved å bringe atomskalamodellering inn i stadig nye forskningsfelt. Dette er prosjektets hovedmål.

Schrödingerligningen

Det har vært drevet atomskalamodellering i SINTEF siden nittitallet, men etter hvert ble omfanget større og mulighetene flere: Det ble klart at det var mye å hente på å koordinere aktiviteten og å sørge for større utbredelse av metodene. Utøverne av atomskalamodellering er spredt over mange organisatoriske enheter i SINTEF M&K , men prosjektet fungerer som en virtuell avdeling på tvers av organisasjonen. Denne virtuelle avdelingen teller allerede 12-13 medlemmer, og representerer med det et av de større miljøene innen atomskalamodellering i Europa.  Nesten all vår virksomhet foregår i tett samarbeid med eksperimentelle miljøer. Vi samarbeider også med andre modelleringsmiljøer, og har knyttet oss til flere av verdens ledende forskningsgrupper innen feltet.

Aktiviteten i prosjektet handler dels om kompetanseutvikling og dels om å ta atomskalamodellering i bruk innen forskningsfelt der det kan hjelpe oss til å bli fremst i verden. Forskningen søker å være relevant og markedsnær samtidig som den er oppdatert og innovativ – vi er typiske "fast-followers" når de gjelder å ta i bruk nyutviklede teknikker.

En av våre største styrker er at vi spenner over store deler av det tilgjengelige metodespekteret, og at vi er i stand til å kombinere forskjellige metoder for å forstå systemer og fenomener på en mer komplett og helhetlig måte. Vi anvender således et bredt spektrum av metoder for atomskalamodellering:

  • Vekselvirkningsenergier rundt en defekt i krystallinsk aluminium, beregnet med atomskalamodeller
    Ab initio (HF, MPn, CC, MCSCF etc.)
  • Tetthetsfunksjonalteori (DFT; molekylær og periodisk)
  • Molekylmekanikk
  • Semiempiriske og hybridmetoder
  • Molekyldynamikk
  • Stokastiske metoder; Monte Carlo (MC) simuleringer; statistisk termodynamikk

I prinsippet kan enhver eksperimentelt observerbar størrelse beregnes. Bruksområdene er vide også i praksis:

  • Reaksjons- og aktiveringsenergier for reaksjoner i gassfase, i løsning, i fast fase og på overflater og i grenseflater
  • Elektriske egenskaper
  • Optiske egenskaper
  • Mekaniske egenskaper
  • Fasestabilitet og teoretiske fasediagrammer
  • Diffusjon og massetransport
  • Adsorpsjonsisotermer
  • Transportfenomener
  • Spektra (IR/Raman, UV/Vis, ESR, NMR, EXAFS, etc.)

Forskningsaktiviteten i prosjektet er fokusert på tre områder som vurderes som spesielt lovende for å koble atomære teknikker sammen med andre metoder i et tverrfaglig nettverk: 

  • Organiske fragmenter som reagerer i en pore i et zeolittmateriale.
    Utvikling av organiske forbindelser til bruk i elektroniske anvendelser som solceller eller sensorer
  • Materialegenskaper for aluminiumlegeringer basert på atomstruktur
  • Beregningsbasert testing av porøse materialer til bruk i separasjon av gasser (f. eks. CO2/metan) 

I tillegg har prosjektet ført til aktivitet i en rekke nye prosjekter. Noen eksempler (listen er ikke uttømmende):

  • Beregnings- og eksperimentbaserte multiskalastudier av tribologiske fenomener
  • Diffusjon av gasser i membraner
  • Reaksjons- og aktiveringsenergier for reaksjonsnettverk i industrielle prosesser, hvilket muliggjør bedre prosesser som krever mindre råmateriale og forårsaker mindre utslipp

Prosjektet er et internt prosjekt i SINTEF, finansiert over grunnbevilgningen fra Norges forskningsråd. Budsjettet er 11MNOK over 3 år.

Seniorforsker
982 43 934

Prosjektvarighet

15.09.2011 - 14.09.2014