Mit MATcalc in die Zukunft

Periodensystem gibt Aufschluss über Werkstoffeigenschaften

Wer kennt es nicht aus seiner Schulzeit, in der man die Tage unter anderem mit chemischen Reaktionen, physikalischen Effekten und der Lehre organischer und anorganischer Stoffe zubringt. Gemeint ist das Periodensystem, welches die naturwissenschaftlichen Unterrichtsfächer stets begleitet. Doch wer mutmaßt schon, dass mit Hilfe dieser Darstellungsform von Elementen mit ihrer Kernladungszahl die strukturellen, elektronischen sowie chemischen und physikalischen Eigenschaften von Werkstoffen berechnet werden können?

Möglich ist dies durch moderne Rechnersimulationen, welche die Wechselwirkungen zwischen Atomen und Molekülen darstellen. Eben mit dieser einzigartigen Methode zur Erkenntnisgewinnung von Eigenschaften verschiedener Materialen beschäftigt sich das Team vom Projekt MATcalc unter der Federführung von Prof. Christian Radehaus sowie unter Leitung der Gesellschaft für Wissens- und Technologietransfer der TU Dresden (GWT-TUD GmbH) mit Sitz im Technologie Centrum Chemnitz.

Simulation des Prozesses der Kristallisation eines binären Systemes aus der Schmelze	Elektronendichte entlang eines Schnittes durch Siliziumoxinitrid	Hochleistungs Computer Cluster zur Berechnung von Materialeigenschaften

 

Rechnergestützte Simulationen haben dabei bereits seit Jahren einen festen Platz in fast allen Bereichen der Industrie bei der gezielte Forschung und Entwicklung von neuen und modernen Werkstoffen. Waren bislang jedoch die Berechnungen nur auf der Grundlage experimentell gewonnener Parameter möglich, lassen sich die Eigenschaften jetzt ohne aufwendige und kostenintensive Versuchsanordnungen im Vorfeld der Simulation nur anhand der abgebildeten Informationen im Periodensystem bestimmen. Die Vorteile dieser neuen Vorgehensweise, auch „ab initio“ oder „von Anfang an“ genannt, liegen klar auf der Hand. Nicht nur der Energiebedarf und der Ressourceneinsatz können reduziert werden, sondern ebenso sind sinkende Entwicklungskosten und -zeiten für die Unternehmen die Folge.

Ausgangpunkt für die Berechnung ist dabei die physikalische Theorie der Quantenmechanik, welche Vorgänge im atomaren und subatomaren Bereich basierend auf Größen- und Längenordnungen im Nanoskalenbereich beschreibt. Ein „Albert-Einstein“-System von chemischen, physikalischen und strukturellen Eigenschaften, welche für den Normalverbraucher kaum mehr vorstellbar sind.
Doch genau auf Grundlage dessen berechnen die Mitarbeitern von der GWT-TUD GmbH im Rahmen von MATcalc an einem eigens dafür angefertigten Hochleistungscomputer-Cluster unter Beachtung der zugrunde liegenden physikalischen Effekte eine Vielzahl von Merkmalen, welche den steigenden Anforderungen an moderne Werkstoffe gerecht werden.
Damit können nicht nur detaillierte Aussagen über die Struktur eines neuen Werkstoffes getroffen werden sondern es lassen sich ebenso seine Wechselwirkungen mit anderen Stoffen voraussagen.
Darüberhinaus ist es möglich die Eigenschaften dieses neuen Stoffes darzustellen. Möchte also ein Kunde, dass ein Gemisch aus verschiedenen Stoffen eine bestimmte Eigenschaft besitzt, kann rechnerisch ermittelt werden, bei welchem Verhältnis der Stoffe die gewünschte Eigenschaft erreicht wird.

Mehr Informationen erhalten Sie unter www.matcalc.de.