我去了加州理工学院,所有我只能得到这件t恤…和一种新的方式来发现复杂和有趣的材料。亚博网站下载
最初耦合计算机自动化与喷墨打印机用来打印的t恤设计,加州理工学院的研究人员和谷歌已经开发出一种高通量的方法识别新材料与有趣的属性。亚博网站下载在试验的过程中,他们筛选成百上千的新材料,发现一个由钴、钽,锡,可调透明度和作为一个好的化学反应的催化剂,同时保持稳定的强酸性电解质。亚博网站下载
发表的一篇科学论文中描述的努力,美国国家科学院院刊》上亚博老虎机网登录(PNAS),是由加州理工学院的约翰·格雷戈勒和乔尔·哈伯,和谷歌的Lusann杨。它建立在研究联合中心的人工光合作用(JCAP),能源部(DOE)能源创新中心在加州理工学院,并继续与JCAP的继任者液体阳光联盟(LiSA), DOE-funded努力,旨在简化所需的复杂步骤将阳光转化为燃料,使这一过程更有效率。
创造新材料并不是简单地把几亚博网站下载个不同的元素到试管中,摇晃起来,看看会发生什么。你需要的元素相互结合债券在原子级别创建新的和不同的事情,而不仅仅是一个异构混合物的成分。几乎无限的可能的组合的各种方块元素周期表,面临的挑战是知道哪一个组合将产生这样的材料。
“亚博网站下载材料发现可以是一个黯淡的过程。如果你不能预测在哪里可以找到所需的属性,你可以花整个职业生涯混合随机元素和从未发现任何有趣,”格雷戈勒说,研究应用物理和材料科学教授,JCAP研究员和丽莎团队领导。亚博网站下载亚博老虎机网登录
当结合少量的单个元素,材料科学家通常可以做出预测什么属性新材料可能根据其组成部分。亚博网站下载然而,这个过程很快就会站不住脚时更复杂的混合物。
“任何超过两个元素被认为是“高维”在材料科学中,“亚博网站下载亚博老虎机网登录格雷戈勒说。“大多数或全部的,两个金属氧化物已经知道,”他说。“未知边界三个或更多在一起。”(金属氧化物固体材料,包含带正电的金属离子,或阳亚博网站下载离子,和带负电荷的氧离子或阴离子;生锈,例如氧化铁)。
地壳的大部分材料是金属氧亚博网站下载化物,由于大气中的氧气反应与各种金属在地球的地壳。金属氧化物的环境稳定性使得它们实际上有用,提供特定成分的氧化物可以识别提供机械,光学,电子,化学性质需要为给定的技术。
虽然材料科学家表明亚博网站下载所有这些属性可以通过调优通过使用不同的金属氧化物,实现必要的属性为特定的应用程序可能需要多个元素的特定组合,并找到正确的是一项艰巨的挑战。
拉刀three-or-more-metal-oxide前沿,格雷戈勒集团利用JCAP十年的工作。100000年,研究人员已经开发出方法来创建材料每天。亚博网站下载这样一个物质——;在本研究发现-,是由使用喷墨打印机“打印”新材料在玻璃表。亚博网站下载每个元素的组合印刷作为一个与级配比例的成分,然后在高温下氧化。
这些材料然后在加州理工学院使亚博网站下载用扫描和成像高光谱成像技术与谷歌联合,可以快速捕获的信息材料通过记录有多少光这九种不同波长的吸收。“这不是一个全面的分析材料,但它的快速和有趣的属性为作品提供了线索,”哈伯说,研究JCAP化学家和材料工程师和丽莎。
,加州理工学院的团队创造了376752个three-metal-oxide组合基于10金属元素和生产样品的每个组合10不同时间检测和清除合成过程中的任何缺陷。“印刷可以构件,为了速度而牺牲你。分析由谷歌告诉我们让一切结果建立信任的10倍,”格雷戈勒说。
尽管不完美,过程创建three-metal材料1000倍速度比传统的技术,如气相沉积,新材料的涂层衬亚博网站下载底上通过冷凝蒸汽。
谷歌电脑工程师然后创建算法来处理高光谱图像和搜索特定成分的光学属性只能用化学来解释这三种金属元素之间的交互。
“如果三个元素化学相互作用提供特殊的光学性质,他们的相互作用也可能引起其他特殊属性,“格雷戈勒解释说。因为这项技术可以确定作品的一小部分显示这些化学相互作用的证据,它也缩小了材料科学家寻找针的干草堆,可以这么说。亚博网站下载
“约翰的实验室有问题我们梦想在谷歌应用科学;亚博老虎机网登录他可以印刷一天成千上万的样品,导致tb的图像数据,”谷歌研究员Lusann杨说。“我们很高兴与他密切合作在这六年的每一步合作,寻找地方应用谷歌的独特的工具包迭代大量噪声实验数据:设计实验、调试硬件,处理大量的图像数据,并创建physics-inspired算法。结果是一组实验数据的独特的宽度在许多化学空间,我自豪地开源的。”
验证他们的发现,格雷戈勒加州理工学院的研究小组重新创建材料标记为亚博网站下载“有趣”利用物理气相沉积和他们使用x射线衍射分析,比高光谱成像较慢但更彻底的过程。这种类型的验证显示,自动化高通量过程更善于发现新材料比高光谱数据的深入分析人类的科学家。亚博网站下载
的PNAS论文标题是“发现复杂的氧化物通过自动化实验和数据科学。”亚博老虎机网登录其他合作者包括凯文菅直人(BS 93),局域网,和加州理工学院的马蒂亚斯·h·里克特;Zan阿姆斯特朗,塞缪尔·j·杨(BS 11),克里斯托弗•Roat尼古拉斯·瓦格纳马克拉姆(BS 97),马克•Berndl和帕特里克•莱利的谷歌。这个项目的部分资金由谷歌和建立在研究由美国能源部科学办公室基本能源科学。亚博老虎机网登录
来源:https://www.caltech.edu/