कैल्फहाड

CALPHAD का मतलब PHAse आरेखों की गणना है, जो 1970 में लैरी कॉफमैन द्वारा शुरू की गई एक पद्धति है।  एक संतुलन चरण आरेख आमतौर पर एक रासायनिक प्रणाली के तापमान और रासायनिक संरचना के लिए अक्षों वाला एक आरेख होता है। यह उन क्षेत्रों को दर्शाता है जहां पदार्थ या समाधान (यानी चरण) स्थिर हैं और ऐसे क्षेत्र जहां उनमें से दो या अधिक सह-अस्तित्व में हैं। चरण आरेख विभिन्न परिस्थितियों में एक प्रणाली की स्थिति की भविष्यवाणी करने के लिए एक बहुत शक्तिशाली उपकरण हैं और शुरू में संतुलन की स्थिति पर प्रयोगात्मक जानकारी को तर्कसंगत बनाने के लिए एक ग्राफिकल विधि थी। जटिल प्रणालियों में, CALPHAD जैसी कम्प्यूटेशनल विधियों को प्रत्येक चरण के लिए थर्मोडायनामिक गुणों को मॉडल करने और बहुघटक चरण व्यवहार का अनुकरण करने के लिए नियोजित किया जाता है।   CALPHAD दृष्टिकोण इस तथ्य पर आधारित है कि एक चरण आरेख सिस्टम के थर्मोडायनामिक गुणों की संतुलन सूची की अभिव्यक्ति है, जो व्यक्तिगत चरणों के गुणों का योग है। इस प्रकार पहले किसी सिस्टम में सभी चरणों के थर्मोडायनामिक गुणों का आकलन करके चरण आरेख की गणना करना संभव है।

कार्यप्रणाली
CALPHAD विधि के साथ एक प्रणाली में चरण संतुलन पर सभी प्रायोगिक जानकारी और थर्मोकेमिकल और थर्मोफिजिकल अध्ययनों से प्राप्त सभी थर्मोडायनामिक जानकारी एकत्र की जाती है। फिर प्रत्येक चरण के थर्मोडायनामिक गुणों को समायोज्य मापदंडों वाले गणितीय मॉडल के साथ वर्णित किया जाता है। सभी सूचनाओं के लिए मॉडल के फिट को अनुकूलित करके मापदंडों का मूल्यांकन किया जाता है, जिसमें सह-मौजूदा चरण भी शामिल होते हैं। फिर चरण आरेख के साथ-साथ सभी चरणों के थर्मोडायनामिक गुणों की पुनर्गणना करना संभव है। CALPHAD पद्धति का दर्शन चरण आरेख और थर्मोडायनामिक गुणों का एक सुसंगत विवरण प्राप्त करना है ताकि प्रयोगात्मक जानकारी के बिना क्षेत्रों में और चरण परिवर्तनों के सिमुलेशन के दौरान मेटास्टेबल राज्यों के लिए स्थिर चरणों और उनके थर्मोडायनामिक गुणों के सेट की विश्वसनीय भविष्यवाणी की जा सके।

एक चरण का थर्मोडायनामिक मॉडलिंग
CALPHAD पद्धति की सफलता के लिए दो महत्वपूर्ण कारक हैं। पहला कारक प्रत्येक चरण के लिए गिब्स ऊर्जा के लिए यथार्थवादी और सुविधाजनक गणितीय मॉडल ढूंढना है। गिब्स ऊर्जा का उपयोग किया जाता है क्योंकि अधिकांश प्रायोगिक डेटा ज्ञात तापमान और दबाव पर निर्धारित किए गए हैं और किसी भी अन्य थर्मोडायनामिक मात्रा की गणना इससे की जा सकती है। विश्लेषणात्मक अभिव्यक्तियों के साथ बहु-घटक प्रणाली की गिब्स ऊर्जा के व्यवहार का सटीक विवरण प्राप्त करना संभव नहीं है। इस प्रकार मुख्य विशेषताओं की पहचान करना और उन पर गणितीय मॉडल को आधार बनाना आवश्यक है। मॉडल और वास्तविकता के बीच विसंगति अंततः चरण के तापमान, दबाव और संविधान में शक्ति श्रृंखला विस्तार द्वारा दर्शायी जाती है। प्रयोगात्मक डेटा को पुन: पेश करने के लिए इन मॉडल विवरणों के समायोज्य मापदंडों को परिष्कृत किया जाता है। CALPHAD पद्धति की ताकत यह है कि एक बहु-घटक प्रणाली का वर्णन करने के लिए घटक उप-प्रणालियों के विवरण को जोड़ा जा सकता है।

संतुलन गणना
दूसरा महत्वपूर्ण कारक संतुलन की गणना के लिए कंप्यूटर सॉफ्टवेयर की उपलब्धता और संग्रहीत मूल्यांकन जानकारी के साथ विभिन्न प्रकार के आरेख और डेटाबेस की उपलब्धता है। चूंकि वर्तमान में विभिन्न प्रकार के चरणों के लिए कई अलग-अलग प्रकार के मॉडल का उपयोग किया जाता है, इसलिए स्टील, सुपर-मिश्र धातु, अर्धचालक सामग्री, जलीय घोल, लावा  इत्यादि जैसी विभिन्न सामग्रियों के लिए कई थर्मोडायनामिक डेटाबेस मुफ्त या व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। संतुलन की गणना के लिए विभिन्न प्रकार के एल्गोरिदम का उपयोग करने वाले कई अलग-अलग प्रकार के सॉफ़्टवेयर भी उपलब्ध हैं। यह एक फायदा है अगर सॉफ्टवेयर सिस्टम के लिए कई अलग-अलग प्रकार की स्थितियों का उपयोग करके संतुलन की गणना करने की अनुमति देता है, न कि केवल तापमान, दबाव और समग्र संरचना, क्योंकि कई मामलों में संतुलन स्थिर मात्रा या किसी दिए गए रासायनिक क्षमता पर निर्धारित किया जा सकता है। किसी तत्व या किसी विशेष चरण की दी गई संरचना।

अनुप्रयोग
60 के दशक में CALPHAD की धीमी शुरुआत हुई लेकिन 80 के दशक में परिष्कृत थर्मोडायनामिक डेटा बैंक सिस्टम दिखाई देने लगे और आज बाजार में कई वाणिज्यिक उत्पाद मौजूद हैं, जैसे फैक्टसेज, एमटीडेटा, पीएएनडीएटी, मैटकैल्क, जेमैटप्रो, और थर्मो-कैल्क के साथ-साथ ओपन-सोर्स कोड जैसे ओपनकैलफाड, PyCalphad, और ESPEI। उनका उपयोग अनुसंधान और औद्योगिक विकास में किया जाता है (उदाहरण के लिए, डिज़ाइन टेक्नोलॉजी द्वारा प्रीसिपीकैल्क सॉफ़्टवेयर और सामग्री), जहां वे प्रयोगात्मक कार्य को कम करके और बहु-घटक प्रणालियों के लिए थर्मोडायनामिक भविष्यवाणियां उपलब्ध कराकर बड़ी मात्रा में समय और संसाधनों को बचाते हैं जो व्यावहारिक रूप से अप्राप्य होंगे। इस दृष्टिकोण के बिना. इस नाम से एक पत्रिका है जहां हाल की वैज्ञानिक उपलब्धियां प्रकाशित की जाती हैं लेकिन CALPHAD विधियों के उपयोग का वर्णन करने वाले वैज्ञानिक पत्र कई अन्य पत्रिकाओं में भी प्रकाशित होते हैं।

यह भी देखें

 * चरण आरेख
 * गिब्स ऊर्जा
 * मिश्रण की एन्थैल्पी
 * मिडेमा%27एस मॉडल
 * कम्प्यूटेशनल थर्मोडायनामिक्स

बाहरी संबंध

 * Official CALPHAD website