NREL åbner stor database med uorganiske tyndfilmsmaterialer

En omfattende eksperimentel database med uorganiske tyndfilmsmaterialer, der organiserer et årtis forskning ved Department of Energy's National Renewable Energy Laboratory (NREL) er nu offentligt tilgængelig.

High Throughput Experimental Materials (HTEM)-databasen indeholder mere end 140, 000 prøveposter indsamlet af NREL-forskere, der undersøger uorganiske materialer til brug i avancerede energianvendelser, såsom tyndfilmssolceller. Indtastningerne giver detaljer om den strukturelle, kemisk, og materialernes optoelektroniske egenskaber, og deres syntesebetingelser. Mere end halvdelen af ​​disse data er i øjeblikket tilgængelige online på htem.nrel.gov.

"Alle eksisterende eksperimentelle databaser indeholder enten mange poster eller har alle disse egenskabsoplysninger, men ikke begge, " sagde Andriy Zakutayev, en videnskabsmand ved NREL's Materials Science Center, som er dedikeret til at udvikle nye materialer og enheder til solceller og andre vedvarende energiteknologier. Zakutayev og Caleb Phillips, en dataforsker ved Computational Science Center ved NREL, ledet det nyligt offentliggjorte papir "En åben eksperimentel database til udforskning af uorganiske materialer."

Udgivet i Videnskabelige data , avisen var også medforfatter af Nick Wunder, Marcus Schwarting, John Perkins, Robert White, Kristin Munch, og William Tumas, alle fra NREL. Tumas er direktør for Center for Next Generation of Materials Design, et Energy Frontier Research Center finansieret af Department of Energy, som har til opgave at opdage nye energimaterialer.

I arbejdet med nye materialer, videnskabsmænd syntetiserer mange prøver, men kun en brøkdel af det, de lærer undervejs, bliver nogensinde offentliggjort. Perkins, en seniorforsker i Materials Science Center, anslår, at oplysninger om mindre end 10 procent af prøverne gør det til et videnskabeligt tidsskrift. "Man skriver egentlig kun tidsskriftsartikler om materialer, der virkede, " han sagde, tilføjelse af information, der ikke blev offentliggjort, kunne også være nyttig for forskningsindsatsen.

"Vores overbevisning er, at udbringning af alle disse data i det offentlige domæne ville fremskynde fremskridt inden for materialevidenskab, især af forskere uden adgang til dyrt eksperimentelt udstyr, både i USA og rundt om i verden, " sagde Perkins.

Historisk set, forskere lavede en prøve ad gangen, målte det, analyseret data, og lavede så en til. Men teknologiske fremskridt inden for forskningsudstyr og computerstyring har gjort det muligt for forskere at indsamle flere data hurtigere. En firkantet tynd film, der måler 2 tommer på siden, kan have 100 datapunkter, fordi sådanne prøve-"biblioteker" med vilje er lavet med gradienter i kemisk sammensætning, syntese temperatur, eller filmtykkelse, for eksempel. "At lave sådan kombinatorisk forskning systematisk over mange år, til forskellige projekter med forskellige mål, er det, der muliggjorde oprettelsen af ​​denne database, " sagde Zakutayev.

Dette eksempel på et high-throughput kombinatorisk eksperiment gør det muligt at indsamle data med større mængder og hastigheder end nogensinde og fører til muligheden for maskinlæring for at fremskynde analysen yderligere.

"Hvis du ville vide, hvor elektrisk ledende en bestemt kombination af kemiske elementer var, før du faktisk lavede materialet og målte det, du kan muligvis bruge maskinlæringsalgoritmen til at forudsige den mængde, " sagde Phillips.

HTEM-databasen trækker fra næsten et årti med tyndfilmseksperimenter på NREL. Selv data, der blev offentliggjort, men ikke i en form, der kunne søges, blev digitaliseret og tilføjet til databasen. "Når det hele er blevet samlet, det er et ikke-trivielt job at kurere det og få det i en form, hvor det kan analyseres og forstås, " sagde Phillips, tilføjer, at det er her de fremtidige muligheder er.

Nu, Phillips, Perkins, og Zakutayev deltager i et samarbejde mellem NREL og National Institute of Standards and Technology for at implementere et netværk af high-throughput eksperimentelle værktøjer, der vil give forskere mulighed for at samarbejde virtuelt om syntese og analyse af nye materialer, med resultater, der tilføjes til databaser som denne. Pilotprojektet er blevet døbt High-Throughput Experimental Materials Collaboratory.

Udvikling, kuration og udfyldning af HTEM-databasen blev understøttet af NREL's Laboratory Directed Research and Development-program, Institut for Energis Videnskabskontor, og kontoret for energieffektivitet og vedvarende energi.