Mine efter guld med en computer

Ingeniører fra Texas A&M University og Virginia Tech rapporterer om vigtig ny indsigt i nanoporøst guld - et materiale med voksende anvendelser på flere områder, inklusive energilagring og biomedicinsk udstyr – alt sammen uden at gå ind i et laboratorium.

I stedet for at udføre yderligere eksperimenter, holdet brugte billedanalysesoftware udviklet internt til at "mine" den eksisterende litteratur om nanoporøst guld (NPG). Specifikt, softwaren analyserede fotografier af NPG fra omkring 150 peer-reviewede artikler, hurtigt at måle nøgletræk ved materialet, som forskerne derefter korrelerede med skriftlige beskrivelser af, hvordan prøverne blev fremstillet. Et af resultaterne? En opskrift, af slagsen, for hvordan man laver NPG med specifikke egenskaber.

"Vi var i stand til at bakke ud af en kvantitativ lov, der forklarer, hvordan du kan ændre NPG-funktioner ved at ændre behandlingstiderne og temperaturerne, " sagde Ian McCue, en postdoc-forsker i Texas A&M Department of Materials Science and Engineering. McCue er hovedforfatter på et papir om arbejdet offentliggjort online i 30. april-udgaven af Videnskabelige rapporter .

Holdet identificerede også en ny parameter relateret til NPG, som kunne bruges til bedre at tune materialet til specifikke applikationer.

"Før vores arbejde, ingeniører kendte til en justerbar 'knap' til NPG. Nu har vi en anden, der kunne give os endnu mere kontrol over materialets egenskaber, " sagde Josh Stuckner, en kandidatstuderende ved Virginia Tech og medforfatter til papiret. Stuckner udviklede softwaren, der tillod den nye indsigt.

Andre forfattere er Dr. Michael J. Demkowicz, lektor i afdelingen for materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved Texas A&M, og Dr. Mitsu Murayama, lektor ved Virginia Tech.

Nanoporøst guld er blevet undersøgt i omkring 15 år, men man ved faktisk lidt om dets fysiske egenskaber og grænserne for dets tunerbarhed til specifikke applikationer, holdet skriver ind Videnskabelige rapporter .

Materialet er et tredimensionelt porøst netværk af sammenvævede tråde, eller ledbånd. flere ledbånd, på tur, forbinde på punkter kaldet noder. Alle disse funktioner er næsten ufatteligt små. Stuckner noter, for eksempel, at nogle af de mindre porer ville passe omkring tre DNA-strenge side om side. Som resultat, McCue sagde, at den overordnede struktur er meget kompleks, og at det har været ekstremt vanskeligt og tidskrævende at måle funktioner som længden mellem knuder og ledbåndsdiametrene. Men Stuckners software har ændret det.

"Manuelt kan det tage 20 minutter til over en time at måle funktionerne forbundet med ét billede, " sagde Stuckner. "Vi kan gøre det på et øjeblik, eller endda bare bede computeren om at måle en hel masse billeder, mens vi går væk."

Tidligere forsøg på at måle NPG-funktioner førte til meget små datasæt på fem eller seks datapunkter. Texas A&M/Virginia Tech-teamet har set på omkring 80 datapunkter. At, på tur, gav teamet mulighed for at skabe den nye kvantitative beskrivelse af NPG-funktioner forbundet med forskellige behandlingsteknikker. Alt det uden at lave nogle egentlige eksperimenter, bare smart data-mining og analyse, sagde McCue.

Arbejdet har også ført til nye publikationsvejledninger til fremtidige forskere. Af de 2, 000 papirer holdet oprindeligt analyserede, kun 150 havde brugbar information.

"Vi var nødt til at smide en masse data ud på grund af dårlig billedkvalitet eller mangel på skriftlig information om, hvordan en given NPG blev behandlet, " sagde McCue. "De nye retningslinjer kunne forhindre det, i sidste ende muliggør bedre datamining ikke kun for NPG, men for andre materialer."