Funktionelle motivers afgørende rolle - mikrostrukturelle enheder, der styrer materielle funktioner - i materialeforskning

Den traditionelle trial-and-error-metode inden for materialeforskning kan ikke imødekomme den voksende efterspørgsel efter forskellige højtydende materialer, så det er yderst presserende at udvikle et nyt effektivt paradigme inden for materialevidenskab. En undersøgelse ledet af Dr. Xiao-Ming Jiang og Prof. Guo-Cong Guo (Fujian Institute of Research on the Structure of Matter, Chinese Academy of Sciences) foreslår et nyt forskningsparadigme for materialestudier baseret på konceptet "funktionelt motiv".

Funktionelt motiv blev defineret som de kritiske mikrostrukturenheder (f.eks. bestanddele og byggesten), der spiller en afgørende rolle i genereringen af ​​visse materielle funktioner. Disse enheder kunne ikke erstattes med andre strukturenheder uden at miste eller væsentligt undertrykke de relevante funktioner. Det funktionelle motivparadigme starter med hovedaspekterne af mikroskopiske strukturer og materialers egenskaber. På baggrund af denne forståelse kan de funktionelle motiver, der styrer materialets egenskaber, uddrages og de kvantitative sammenhænge mellem dem kan undersøges, og resultaterne kunne videreudvikles som "funktionel motivteori." Sidstnævnte bør være nyttig som en rettesnor til at skabe nye materialer og som et værktøj til at forudsige materialers fysisk-kemiske egenskaber.

Materialers egenskaber er bestemt af deres funktionelle motiver og hvordan de er arrangeret i materialerne, hvor sidstnævnte bestemmer de kvantitative struktur-egenskabsforhold. Afdækning af de funktionelle motiver og deres arrangementer er afgørende for at forstå materialers egenskaber, og den funktionelle motivudforskning muliggør rationelt design af nye materialer med ønskede egenskaber.

I betragtning af vigtigheden af ​​mikroskopiske strukturer i det funktionelle motivparadigme er det nødvendigt at forstå materielle strukturer fuldt ud. Hierarkiet af materialestruktur involverer information, der krydser flere længde- og tidsskalaer. Jiang X-M et al klassificerer materialestrukturerne i makroskopiske, mesoskopiske og mikroskopiske strukturer og klassificerer yderligere mikroskopiske strukturer i seks typer. dvs. de krystal-, magnetiske, aperiodiske, defekte, lokale og elektroniske strukturer. For hver type mikroskopisk struktur præsenterer Jiang X-M et al. funktionelle motivers rolle og deres arrangementer for at bestemme egenskaber med repræsentative funktionelle materialer.

Jiang X-M et al tager infrarøde (IR) NLO-materialer som et eksempel for at introducere den funktionsorienterede designstrategi for nye funktionelle materialer, hvor rollen af ​​funktionelle motiver af materialer understreges i design af materialer. Denne strategi adskiller sig fra den traditionelle strukturorienterede designstrategi.

Jiang X-M et al diskuterer også den vigtige rolle, som high-throughput eksperimentering og beregning spiller i materialestudier og udfordringerne med at udvinde funktionelle motiver fra en enorm mængde data om materialestrukturer og egenskaber. Maskinlæring forventes at være nyttig til effektivt at forudsige materialeegenskaber og screene materialer med ønskede egenskaber. Til design af nye materialer er det afgørende at udvikle tilstrækkeligt pålidelige materialestrukturer og egenskabsdatabaser og nye effektive metoder til at udtrække funktionelle motiver og struktur-egenskabsforhold for materialer fra maskinlæringsmodeller.

Forskningen blev offentliggjort i National Science Review . + Udforsk yderligere

Forskerhold udvikler ny strategi for design af termoelektriske materialer