Nowe podejście do odkrywania materiałów dla filmowych kondensatorów
Naukowcy opracowali nową technikę wykorzystującą machine learning, aby przyspieszyć proces odkrywania materiałów dla kondensatorów filmowych. Technika ta pozwoliła na przeskanowanie biblioteki blisko 50 000 struktur chemicznych w celu zidentyfikowania związku o rekordowych właściwościach.
Znaczenie interdyscyplinarnej współpracy
W badaniach uczestniczyły instytucje, takie jak University of Wisconsin–Madison, Scripps Research Institute, University of California, Berkeley, oraz University of Southern Mississippi. Połączone siły specjalistów od machine learning, syntezy chemicznej i charakterystyki materiałów umożliwiły przełomowe wyniki.
Dlaczego potrzebne są nowe materiały
Dynamiczny rozwój technologii odnawialnych, takich jak pojazdy elektryczne i elektronika mocy, wymaga bardziej wydajnych materiałów do produkcji kondensatorów. Kondensatory te są kluczowe w przetwarzaniu energii z odnawialnych źródeł na energię sieciową.
Jak działają kondensatory filmowe
Kondensatory filmowe, bazujące na izolacyjnych polimerach, różnią się od baterii. Przechowują i uwalniają energię znacznie szybciej, dzięki czemu idealnie nadają się do zastosowań wymagających wysokiej niezawodności i szybkości działania.
Wyzwania związane z wysoką temperaturą
Polimery wykorzystywane w kondensatorach muszą wytrzymywać ekstremalne temperatury. Obecne materiały tracą swoje właściwości izolacyjne w wysokich temperaturach, co ogranicza ich użyteczność w zaawansowanych systemach energetycznych.
Efektywne zawężenie wyboru
Zastosowanie sieci neuronowych pozwoliło badaczom zawęzić bibliotekę 49 700 polimerów do trzech najbardziej obiecujących. Wybór był oparty na takich kryteriach, jak odporność na wysoką temperaturę, gęstość energetyczna i łatwość syntezy.
Rola click chemistry
Wybrane polimery zostały zsyntetyzowane za pomocą techniki click chemistry. Metoda ta umożliwia szybkie i efektywne łączenie molekularnych bloków w produkty o wysokiej jakości. Jednym z liderów tego projektu był laureat Nagrody Nobla Barry Sharpless.
Testowanie nowych kondensatorów
W Molecular Foundry naukowcy opracowali kondensatory filmowe na bazie wybranych polimerów. Wyniki testów wykazały rekordowe połączenie odporności cieplnej, właściwości izolacyjnych oraz efektywności energetycznej.
Nowe możliwości dla modeli AI
Badania otwierają drogę do projektowania generatywnych modeli AI, które mogłyby samodzielnie tworzyć polimery o pożądanych właściwościach bez potrzeby przeszukiwania ogromnych baz danych.
Wpływ AI na przyszłość
Zastosowanie AI w projektowaniu materiałów pozwala na szybsze identyfikowanie kluczowych zmiennych. Dzięki temu możliwe jest osiąganie znaczących ulepszeń w technologii kondensatorów, co potwierdzają wyniki opisane w badaniu opublikowanym w „Nature Energy”.
