Vejen er klar:CORNING tapper neutroner til udvikling af nye glaskompositioner

Forskere frem for alt er problemløsere.

Seniorforsker Ying Shi med Corning Incorporated er ingen undtagelse. Hendes forskning fokuserer på at forstå glasets struktur -egenskabskorrelation for at udvikle nye sammensætninger, der er skræddersyet til en række applikationer. Hun bruger ofte neutronspredning ved Department of Energy's (DOE's) Oak Ridge National Laboratory (ORNL) for at få indsigt i utallige glasprøver i atomskalaen.

At forstå, hvordan atomstrukturen i forskellige glastyper korrelerer med deres egenskaber, er vigtig for mange forbrugerelektronik. For eksempel, dækglasset, der bruges i personlig elektronik, såsom mobiltelefoner, skal være hårdt nok til at modstå revner, mens glaspanelet på et fladskærms -tv skal udvise minimale dimensionelle ændringer for at sikre høj opløsning, da det gennemgår varmebehandlinger under fremstillingsprocessen.

"Det er et ekstremt hårdt og vigtigt problem at virkelig forstå atomstrukturen af ​​silikatglas og hvordan deres strukturer korrelerer med deres egenskaber, "Sagde Shi." Vi er afhængige af store datasæt for at dechifrere struktur -ejendomskorrelationen. "

Det er derfor, hver gang Ying kommer til ORNL's Spallation Neutron Source for at bruge NOMAD -instrumentet, hun måler næsten 100 glasprøver, der har systematisk varierede sammensætninger og forskellige behandlinger.

Glasstruktur er forskellig fra krystallinske materialer. Mens atomerne i krystallinske materialer er ordnet på en ordnet måde i henhold til symmetri og periodicitet-hvilket giver dem det materiale forskere kalder langdistanceorden-har glas kun kort- og mellemdistanceordre.

"Mellemrækkefølge, den centrale strukturelle parameter til bestemmelse af glasegenskaber, kan afsløres ved den første skarpe diffraktionstop for neutrons totale spredning, "Sagde Shi.

Shis nuværende eksperimenter med NOMAD-instrumentet ved ORNL's Spallation Neutron Source (SNS) gør det muligt for hende at korrelere mellemdistanceordens strukturelle data indsamlet på hendes prøver med talrige egenskaber, herunder hårdhed og termisk ekspansionskoefficient.

Hvad er ekstra specielt ved disse eksperimenter, hun siger, er, at de inkorporerer kode skrevet af hendes teenagesøn. Shis søn, Albert, som var praktikant i Corning i sidste sommer, var bare 14 år gammel, da han oprindeligt skrev koden til sin mors dataanalyse.

Nu 16, Albert siger, at han allerede havde lært at kode i C# med sin far, da hans mor fandt ud af, at hun ikke var i stand til at ansætte en professionel koder til at behandle hendes hundredvis af datafiler, fordi hendes projekt, i den undersøgende fase, ikke havde budgetteret med en.

"Det kan have taget et år for hende at ansøge om midler til professionel kodning, og hun ville fremskynde processen, og jeg ville hjælpe, "Albert forklarede." Koden behandler grundlæggende de rå neutronstråleliniedata og udfører forskellige matematiske behandlinger på den første skarpe diffraktionstop, som giver os mulighed for at udlede strukturelle oplysninger i mellemdistance i glasset. "

Shi tilføjer, at før Albert udviklede koden, hun måtte behandle hver datafil fra sine eksperimenter med to kommercielt tilgængelige softwarepakker, men de kunne ikke kommunikere med hinanden.

"Jeg plejede selv at behandle noget og derefter manuelt sende dataene og derefter indtaste det manuelt i den anden software, " hun sagde.

Hver datafil tog en halv time at analysere ved hjælp af denne metode, og hun vidste, at det ikke ville være bæredygtigt for hundredvis af datafiler og umuligt, hvis hun ville optimere de passende parametre.

Shi siger, at Alberts kode giver hende mulighed for at behandle 20 datafiler på mindre end 30 sekunder, i stedet for at tage en halv time for 1 fil, og hun kan lettere justere parametre og få bedre resultater.

ORNL har accepteret at være vært for Alberts kode på sin GitHub, en open source softwareudviklingsplatform, og RingFSDP, en ny metode, Shi udviklede ud fra sin søns kode, er nu tilgængelig til gavn for glasforskningssamfundet. Hun udgav for nylig et papir om RingFSDP.

"At hoste det på vores depot her på ORNL gør det tilgængeligt for alle. Hosting giver også mening, fordi NOMAD -teammedlemmer var involveret i kodens udvikling og er på udgivelsen, og vi er vært for en masse kode udviklet enten udelukkende på ORNL eller i samarbejde med eksterne enheder, "sagde neutrons diffraktionsgruppeleder Matthew Tucker.

Albert har fortsat med at forbedre sin originale kode, og han skrev to ekstra koder under sin Corning -praktik, som han planlægger at dele med ORNL.