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NREL推出高通量数据库,引领无机薄膜材料研发转变
文章来源:未知     点击数: 次     更新时间:2018-04-17 16:31

 数十年来,通过对无机薄膜材料领域不断地探索,美国能源部可再生能源实验室(NREL)向全球推出了强大的实验数据库,提供无机薄膜材料相关信息。

 

高通量实验材料(HTEM)数据库来自于NREL科学家的精心收集,涵盖了140,000多个样品数据,这些样品数据包含了无机材料的结构、化学与光电子性质以及合成条件等详细信息。其中,有一半以上的数据可在htem.nrel.gov网站获得,为先进能源材料(如薄膜太阳能电池)打下了良好的科学基础。

 

NREL材料科学中心的科学家Andriy Zakutayev表示:“就目前来看,以往的实验数据库要么只含有样品名单,要么只含有样品性质等信息,并不会两者兼备”。该研究中心致力于开发太阳能电池和其他可再生能源技术的新材料与器件。因此,Zakutayev和NRB计算科学中心的数据科学家Caleb Phillips共同发表了一篇文章,题为“探索无机材料的开放性实验数据库”。

 

该文章刊登在《科学数据》上,该课题的其他成员有Nick Wunder,Marcus Schwarting,John Perkins,Robert White,Kristin Munch和William Tumas,均来自NREL。Tumas是能源前沿研究中心的主任,负责研发新能源材料。

 

除此之外,研究人员还合成了许多样品,但比起历年发表过的文章,他们做的东西还只是冰山一角。帕金斯作为材料科学中心的资深科学家,据他估计,只有不到10%的样本信息能发表在科学期刊上。他说: “已发表的相关期刊文章均能为新材料研究方向提供一定帮助,未被发表的信息也并非一无是处,它们对研究工作还是有用的。”

 

珀金斯解释道:“我们的理念是,将所有这些数据公开化,以推动材料科学的发展,特别为那些无法使用昂贵实验设备测量的研究人员提供帮助,包括美国和世界各地”。

 

传统而言,科学家每做出一个样本,就要对它测量并进行数据分析,从而对其工艺进行改进以制备出另一个新的样本。而设备的研究以及计算机控制技术的进步可以帮助研究人员更快地收集数据。例如,对2英寸的方形薄膜侧面测量可获得100个数据点,从而建立起一个包含了该膜化学结构、合成温度以及厚度梯度等参数的样品库。Zakutayev表示:“因此,可针对不同目标、不同项目进行系统地组合,并建立数据库”。

 

比起以往,这种高通量组合实验模式以更大的数量和速率收集数据,加速现有材料数据获取和验证,并在大幅提升预测能力的同时开发出新的、更复杂的模型。

 

菲利普斯说:“如果你想知道在实际制作和测量之前材料是如何导电的,那么可以使用机器学习算法来预测这些数据。”

 

HTEL数据库的建立得益于NREL近十年薄膜实验的经验。数据以数字化的形式储存在数据库中。菲利普斯说:“一旦数据被作成可分析、可解析的形式,那么这将是一项不平凡的工作,对未来而言不仅是机遇还是挑战。”

 

目前,Phillips,Perkins和Zakutayev等人正在参与NREL和美国国家标准与技术研究院之间的合作,旨在部署高通量实验工具网络,帮助研究人员合成与设计新材料,并将研究结果添加到数据库。该试点项目被称为高通量实验材料合作实验室。

 

HTEM数据库的发展、管理和完善分别由NREL实验室定向研究与项目开发部、能源部科学办公室、能效与可再生能源办公室负责。

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