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化工
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中文摘要
計算相圖“CALPHAD”為“CALculation of PHAse Diagram”縮寫所衍生的字，為當代計算熱力學發展最為成熟且兼容並蓄的方法。基於熱力學的基本原理，CALP-HAD方法以適當數學模型來描述多元多相材料系統中各相（phase）的吉布士自由能（Gibbs free energy），模型中的擬合參數可由彼此獨立的熱化學與相平衡實驗數據擬合，亦可由第一原理（first principles或ab initio）計算等電腦理論計算方法結果導出，或是並用理論計算與實驗數據的第一原理輔助計算相圖（ab initio-aided CALPHAD）方法來獲得。透過調節各自獨立的實驗與理論計算可能存在的誤差範圍，獲得系統中各相一以貫之的吉布士自由能數學模型，藉此可應用在多元多相材料系統相平衡、電化學平衡、性質計算以及一般實驗難以獲得的介穩（meta-stable）性質等，近年甚至進一步整合應用於動力學計算與相場（phase field）微結構模擬上。CALPHAD方法在金屬與陶瓷等無機材料系統上的發展最為成熟，本文除簡介CALPHAD計算熱力學方法外，並將以實際案例介紹CALPHAD方法在材料製程優化與解析上的應用。