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:
-
Ab initio (HF, MPn, CC, MCSCF etc.)
Vekselvirkningsenergier rundt en defekt i krystallinsk aluminium, beregnet med atomskalamodeller - 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:
-
Utvikling av organiske forbindelser til bruk i elektroniske anvendelser som solceller eller sensorer
Organiske fragmenter som reagerer i en pore i et zeolittmateriale. - 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.