Opdager nye leads til funktionelle materialer styret af kunstig intelligens

Søger efter blymaterialer med specifikke egenskaber, forskere har udviklet en arbejdsgang, der inkorporerer kunstig intelligens til at guide opdagelsen af ​​en ny keramisk struktur med særlig lav varmeledningsevne. Som de forklarer i journalen Angewandte Chemie , materialet har en usædvanlig kvasikrystallinsk struktur, muligvis baner vejen for nye varmeisolerende og termoelektriske materialer.

Keramik med lav varmeledningsevne søges konstant til varmebeskyttelsesbelægninger eller termoelektriske applikationer. Med andre ord, til at generere strøm fra varme. Matthew J. Rosseinsky fra University of Liverpool, Storbritannien, og hans kolleger, tog udgangspunkt i den kemiske gruppe af titanaterne i denne søgning. Baseret på energiberegninger, de koncentrerede deres søgning på titanater indeholdende fraktioner af yttrium og bariumoxider.

At indsnævre kandidater med sammensætninger, der ville give et materiale med potentielt endnu lavere varmeledningsevne, forskerne vendte sig til kunstig intelligens, træning af maskinlæringsmodeller med keramik af kendt sammensætning og kendt varmeledningsevne. Modellerne bekræftede deres oprindelige videnbaserede beslutning om at begrænse sig til barium-yttriumtitanater.

AI -resultaterne viste også, at sammensætningen kan have yderligere indflydelse på varmeledningsevnen. "Dette guidede os til at foretrække en af ​​de to sammensætningsområder, der er identificeret ved energiberegningerne til eksperimentelt arbejde, "Siger Rosseinsky. Således forskerne syntetiserede et nyt oxid, endnu ukendt, sammensat af ti dele barium, seks dele yttrium, fire dele titanium, og 27 dele oxygenatomer.

Det nye materiale viste sig at være metastabilt, og dens struktur viste sig at være særligt overraskende. I "normale" krystaller, atomer arrangeres periodisk. Imidlertid, i det nye materiale observerede teamet en "kvasikrystallinsk" struktur. Kvasikrystaller har et ordnet arrangement af atomer, men ikke fuld tredimensionel periodicitet. Først når kvasikrystaller betragtes i form af "rækkevidde med lang rækkevidde", kan den kontinuerlige periodicitet, der er typisk for krystaller, genkendes. Teamet fremhævede betydningen af ​​disse fund:"Der er observeret oxid -kvasikrystaller ved grænseflader, imidlertid, materialet, der præsenteres her, er det første, der er blevet foreslået som en kvasikrystal i bulk. "

Det viste sig, at det nye titanat havde en lavere varmeledningsevne end næsten alle andre kendte overgangsmetaloxider af denne type, med kun et molybdænoxid med en kompleks krystalstruktur, der giver bedre resultater. Forfatterne forklarede også deres materiales varmeledningsevne i teoretiske termer, sammenligne quasicrystal -opførslen med glasets. Briller har en uordnet materialestruktur, og er kendt for at være gode varmeisolatorer.

Teamet understregede rollen som at implementere et integreret sæt værktøjer, baseret på viden om og forståelse for kemi, og inkorporering af maskinlæringsmodeller. "Vores undersøgelse viser, hvordan AI kan hjælpe i beslutningstagningen til at fremskynde opdagelsen, "Siger Rosseinsky.