Virtual Material Design

Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI

Projekte

Unsere Projekte sind in der Forschung, Entwicklung und Anwendung insbesondere in den folgenden Bereichen angesiedelt:

  • Multiskalen-Modellierung und Numerische Simulation in der Materialwissenschaft und Nanotechnologie.
  • Hochleistungsrechnen in Quantenmechanik, Moleküldynamik und Kontinuumsmechanik.

ATOMMODEL

There is an urgent need for new modeling tools for discovering and predicting the properties of new materials used in electronics. QuantumWise, Fraunhofer SCAI and scapos bring together their expertise and software tools to develop a simulation platform which can model new materials sufficiently accurately.

 

NVIDIA CUDA™ Research Center

Fraunhofer SCAI und das Institut für Numerische Simulation der Universität Bonn sind von NVIDIA als eines der ersten offiziellen deutschen CUDA-Forschungszentren ausgewählt worden. Ziel am SCAI ist es insbesondere, eine massiv parallele, zur Ausführung auf mehreren Grafikkarten hin optimierte Software zur Simulation der Molekulardynamik zu entwickeln. Dazu wird die SCAI Software Tremolo-X angepasst. 

Nanomaterialien

Die meisten Nanopartikel besitzen außergewöhnliche Materialeigenschaften und bieten somit ein breites Spektrum an Einsatzmöglichkeiten in vielen Anwendungsfeldern wie zum Beispiel der Leichtbauweise, Energie, Umwelt, Elektronik, Medizin und auch der Informations- und Kommunikationstechnik. Insbesondere werden sie als Füllstoffe in Nanokompositen verwendet. Neben auf Kohlenstoff oder Bornitrid basierten Nanopartikeln kommen auch keramische und metallische Nanopartikel zum Einsatz und sind Gegenstand der aktueller Forschung.

Im Rahmen des Designs und der Herstellung von Nanomaterialien ergeben sich viele Fragestellungen zu deren Lösung die Abteilung Virtual Material Design des Fraunhofer SCAI effiziente Werkzeuge zur Verfügung stellt.

Hochperformante zementartige Materialien

Zement und verwandte Materialien sind in unserer heutigen Gesellschaft von enormer Wichtigkeit. In anbetracht ihrer Verwendung zum Bau von Brücken, Flughäfen, Wohngebäuden und zahllosen anderen Schlüsselkomponenten moderner Infrastruktur ist ihre Stabilität und Zuverlässigkeit von unvergleichlicher Bedeutung.

Vor diesem Hintergrund überrascht es, dass die Forschung viele Fragen zu Zement und zementartigen Gelen noch nicht beantworten konnte.

Die Abteilung Virtual Material Design des Fraunhofer SCAI stellt Werkzeuge zur Verfügung, die einige dieser offenen Probleme löst.

Simulation von Ionenmigrationsprozessen

Kombinierte Di ffusions- und Konvektionsvorgänge von Ionen durch verschiedenartige Materialien sind die Grundlage vieler technisch interessanter Prozesse, von Batteriebetrieb über Betonzersetzung bis zum Einsatz von Biomembranen. NPNP ist eine Software zur numerischen Simulation von komplexen Ionenmigrationsprozessen mehrerer verschiedener Ionenspezies unter Berücksichtigung der Kopplung von elektrischem Feld und Ladungen bei freier Geometrie. NPNP erlaubt die Simulation zeitabhängiger Phänomene.

Simulation zur Einschätzung der Giftigkeit von Chemikalien

Im BMBF-Projekt »Schaltbare, intelligente Tribosysteme mit minimalen Reibverlusten und maximaler Lebensdauer« (SchmiRmaL) verwendet Fraunhofer SCAI eine hochmoderne molekulare Modellierung zur Simulation von Octanol-Wasser- und Membran-Wasser-Verteilungskoeffizienten. Beide Bestandteile sind wichtig, um die Giftigkeit der Chemikalien zu schätzen. Dabei misst die Octanol-Wasser-Verteilung, wie stark sich eine Chemikalie in einem biologischen Stoff anreichert. Dagegen zeigt die Membran-Wasser-Verteilung, wie schnell eine Chemikalie in eine biologische Zelle eindringen kann. Da die Experimente aufgrund der extrem geringen IL-Konzentrationen nicht leicht durchzuführen sind, stellt die Simulation in Bezug auf die Genauigkeit und den Preis eine realistische Alternative dar.