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发表于 2008-12-12 09:15:53
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The Clean Energy Project - 寻找清洁能源
项目状态和成果
Information on the Clean Energy Project can be found on these pages and on the Clean Energy @ Harvard website. The latest status updates can also be found at this site. To discuss or ask questions about this project, please visit The Clean Energy Project Forum.
哈佛大学寻找清洁能源的网站页面中提供了有关Clean Energy Project(寻找清洁能源项目)的信息。最新的进展情况也发布在该网站上。如果对该项目有意见或疑问，请在Clean Energy Project论坛上发布帖子。
任务
The mission of the Clean Energy Project is to find new materials for the next generation of solar cells and later, energy storage devices. By harnessing the immense power of World Community Grid, researchers can calculate the electronic properties of tens of thousands of organic materials – many more than could ever be tested in a lab – and determine which candidates are most promising for developing affordable solar energy technology.
“寻找清洁能源”项目的任务是为新一代的太阳能电池寻找廉价的材料，而后，制造能源存储设备。通过WCG巨大的网格计算能力，研究人员将测试数千种有机化合物(许多材料此前尚未在实验室中测试过)的化学性质，用以确定哪些材料更适用于制造太阳能电池。
意义
We are living in the Age of Energy. The fossil fuel based economy of the present must give way to the renewable energy based economy of the future, but getting there is the greatest challenge humanity faces. Chemistry can help meet this challenge by discovering new materials that efficiently harvest solar radiation, store energy for later use, and reconvert the stored energy when needed.
我们生活在一个能源世纪。未来，可再生能源为基础的经济必定代替目前以化石燃料(指煤、石油等)为基础的经济。这对于我们每个人，都是一个巨大的挑战。化学将有助于我们迎接这一挑战，发现新的材料，收获太阳能贮存延期使用。
The Clean Energy project uses computational chemistry and the willingness of people to help look for the best molecules possible for: organic photovoltaics to provide inexpensive solar cells, polymers for the membranes used in fuel cells for electricity generation, and how best to assemble the molecules to make those devices. By helping us search combinatorially among thousands of potential systems, World Community Grid volunteers are contributing to this effort.
清洁能源项目，借助于计算化学和志愿者，来寻找最佳的分子以实现这些：用有机光电池来生产价格低廉的太阳能电池，用聚合物薄膜制造燃料电池……但是该如何装配他们呢？通过帮助我们一起在数以千计的潜在的系统之中搜寻。你也可以为此尽一份力！
方法
Researchers are employing molecular mechanics and electronic structure calculations to predict the optical and transport properties of molecules that could become the next generation of solar cell materials.
研究人员采用分子动力学和电子结构计算学来对化合物分子的光学性质及光电转换效率进行预测，从而筛选出可能成为下一代太阳能电池材料的化合物。
a) Molecular mechanics calculations: Some of the computers contributing to the Clean Energy Project are carrying out molecular mechanics calculations of molecular crystals, thin films and molecular and polymer blends to study the packing arrangements and for predicting charge and excitation energy transport properties of the candidate materials. These calculations will be carried out using the CHARMM molecular mechanics package developed by the Karplus group at Harvard University.
a) 分子动力学计算：一些电脑正在帮助清洁能源项目针对分子晶体、薄膜和分子聚合物或混合物开展分子动力学计算，研究候选材料的分子组合及能量转换等性质。这些计算将使用由哈佛大学Karplus项目组开发的CHARMM分子力学套件软件来进行。
b) Electronic structure calculations: To obtain the relevant optical and electronic transport properties, some of the computers connected to the Clean Energy Project will be computing calculations using wave function methods (such as Hartree-Fock or second-order perturbation theory) and density functional theory. These calculations will help researchers build a database of molecular properties that together with the results of the molecular mechanics calculations will help us identify potential candidate materials. The electronic structure calculations will be performed with the Q-Chem quantum chemistry code, developed by Q-Chem, Inc.
b) 电子结构计算学：为了获得光学及电子输送性质，一些参与清洁能源项目的电脑将利用计算机计算波函数(wave function methods)的方法(如Hartree-Fock或second-order perturbation theory)和密度泛涵理论(density functional theory)来帮助研究人员建立一个分子性质的数据库，再结合分子动力学计算，就能帮助我们筛选出潜在的候选材料。电子结构的计算将采用Q-Chem公司开发的化学量子计算代码。
附注
1、Hartree-Fock方程，请参阅量子化学维基：http://chemwiki.net/index.php/Hartree-Fock%E6%96%B9%E7%A8%8B
Hartree-Fock方程又简称为HF方程是一个应用变分法计算多电子体系波函数的方程，是量子化学中最重要的方程之一，基于分子轨道理论的所有量子化学计算方法都是以HF方程为基础的，鉴于分子轨道理论在现代量子化学中的广泛应用，HF方程可以被称作现代量子化学的基石。HF方程的基本思路为：多电子体系波函数是由体系分子轨道波函数为基础构造的Slater行列式，而体系分子轨道波函数是由体系中所有原子轨道波函数经过线性组合构成的，那么不改变方程中的算子和波函数形式，仅仅改变构成分子轨道的原子轨道波函数系数，便能使体系能量达到最低点，这一最低能量便是体系电子总能量的近似，而在这一点上获得的多电子体系波函数便是体系波函数的近似。
2、Second-order perturbation theory称为二阶微扰理论，请参阅Wiki百科：http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9 ... E%E7%90%86%E8%AB%96
微扰理论是量子力学的一个重要的工具。因为，物理学家发觉，甚至对于中等复杂度的哈密顿量，也很难找到其薛定谔方程的精确解。我们所知道的就只有几个量子模型有精确解，像氢原子、量子谐振子、与盒中粒子。这些量子模型都太过理想化，无法适当地描述大多数的量子系统。应用微扰理论，我们可以将这些理想的量子模型的精确解，用来生成一系列更复杂的量子系统的解答。例如，通过添加一个微扰的电位于氢原子的哈密顿量，我们可以计算在电场的作用下，氢原子谱线产生的微小偏移。应用微扰理论而得到的解答并不是精确解，但是，这方法可以计算出相当准确的解答。
3、密度泛涵理论(DFT)是近年来迅速发展起来的一种量子化学方法，能很好地解决一般化学问题(甚至包括库伦相关效应)，但不能解决非动态(Nondynamical)电子相关效应。
原文链接：http://www.worldcommunitygrid.org/projects_showcase/cep1/viewCep1Main.do
(“意义”部分由 cnchina 翻译，链接见 http://www.equn.com/forum/thread-16490-1-1.html，其余部分由 碧城仙 补充翻译) |
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