Физические характеристики материала, такие как прочность или проводимость, предсказываемые моделями.Свойства материалов — это физические характеристики, определяющие поведение вещества в различных условиях: прочность, электропроводность, теплопроводность, упругость и другие. В физике и инженерии эти свойства не только измеряют, но и предсказывают с помощью теоретических моделей, связывающих атомную структуру с макроскопическим поведением. Такая предсказательная способность крайне важна, поскольку позволяет создавать новые материалы с заданными свойствами, не полагаясь лишь на метод проб и ошибок.
Систематическое изучение свойств материалов началось в XIX веке, однако современная квантово-механическая основа была заложена в 1920–1930-х годах с развитием зонной теории и модели почти свободных электронов. Первые практические вычислительные предсказания появились в 1960-х годах с возникновением теории функционала плотности, разработанной Уолтером Коном и другими.
Модели свойств материалов обычно исходят из квантовой механики, описывающей взаимодействие электронов и ядер. Решая приближения уравнения Шрёдингера (например, теорию функционала плотности), исследователи могут вычислить электронную структуру материала, из которой следуют такие свойства, как проводимость или жёсткость. Для более сложных систем методы машинного обучения могут обучаться на больших наборах данных об известных материалах, чтобы быстрее предсказывать свойства, часто используя в качестве входных данных такие дескрипторы, как атомный состав или кристаллическая структура.
Широко используется в материаловедении для создания сплавов для аэрокосмической отрасли, полупроводников для электроники и материалов для аккумуляторов в системах хранения энергии, а также в контроле качества, где неразрушающие методы тестирования позволяют определять свойства по измерениям, например, по тепловому отклику.
Теплопроводность материала можно предсказать только по его кристаллической структуре, ещё до того, как материал будет синтезирован в лаборатории.
