Un ampio database sperimentale di materiali inorganici a film sottile che organizza un decennio di ricerche presso il National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia è ora disponibile al pubblico.
Il database dei materiali sperimentali ad alto rendimento (HTEM) contiene più di 140, 000 voci campione raccolte da scienziati NREL che studiano materiali inorganici da utilizzare in applicazioni energetiche avanzate, come le celle solari a film sottile. Le voci forniscono dettagli sulla struttura, chimico, e proprietà optoelettroniche dei materiali, e le loro condizioni di sintesi. Più della metà di questi dati sono attualmente disponibili online su htem.nrel.gov.
"Tutti i database sperimentali esistenti contengono molte voci o hanno tutte queste informazioni sulle proprietà, ma non entrambi, " ha detto Andriy Zakutayev, uno scienziato presso il Materials Science Center di NREL, che è dedicato allo sviluppo di nuovi materiali e dispositivi per celle solari e altre tecnologie di energia rinnovabile. Zakutayev e Caleb Phillips, uno scienziato dei dati con il Computational Science Center presso NREL, ha condotto il documento appena pubblicato "Un database sperimentale aperto per l'esplorazione di materiali inorganici".
Pubblicato in Dati scientifici , il documento è stato anche co-autore di Nick Wunder, Marco Schwarting, John Perkins, Roberto Bianco, Kristin Munch, e William Tumas, tutto da NREL. Tumas è direttore del Center for Next Generation of Materials Design, un Energy Frontier Research Center finanziato dal Dipartimento dell'Energia, che ha il compito di scoprire nuovi materiali energetici.
Lavorando su nuovi materiali, gli scienziati sintetizzano molti campioni, ma solo una frazione di ciò che apprendono lungo il percorso viene mai pubblicata. Perkin, uno scienziato senior del Materials Science Center, stima che le informazioni su meno del 10 percento dei campioni finiscano in una rivista scientifica. "In realtà scrivi solo articoli di giornale su materiali che hanno funzionato, " Egli ha detto, anche aggiungere le informazioni che non sono state pubblicate potrebbe essere utile per gli sforzi di ricerca.
"La nostra convinzione è che mettere tutti questi dati nel pubblico dominio accelererebbe il progresso della scienza dei materiali, in particolare da ricercatori senza accesso a costose apparecchiature sperimentali, sia negli Stati Uniti che nel mondo, " ha detto Perkins.
Storicamente, gli scienziati hanno fatto un campione alla volta, l'ho misurato, analizzato i dati, e poi ne ho fatta un'altra. Ma i progressi tecnologici nelle apparecchiature di ricerca e nei controlli informatici hanno consentito ai ricercatori di raccogliere più dati più velocemente. Un film sottile quadrato che misura 2 pollici sul lato può avere 100 punti dati perché tali "biblioteche" di campioni sono intenzionalmente realizzate con gradienti nella composizione chimica, temperatura di sintesi, o spessore del film, Per esempio. "Fare tale ricerca combinatoria sistematicamente per molti anni, per progetti diversi con obiettivi diversi, è ciò che ha permesso la creazione di questo database, " ha detto Zakutaev.
Questo esempio di un esperimento combinatorio ad alto rendimento consente di raccogliere i dati a volumi e velocità maggiori che mai e offre l'opportunità per l'apprendimento automatico di accelerare ulteriormente l'analisi.
"Se volessi sapere quanto fosse elettricamente conduttiva una particolare combinazione di elementi chimici prima di realizzare il materiale e misurarlo, potresti essere in grado di utilizzare l'algoritmo di apprendimento automatico per prevedere tale quantità, " ha detto Phillips.
Il database HTEM attinge da quasi un decennio di esperimenti sui film sottili al NREL. Anche i dati che sono stati pubblicati, ma non in una forma che si possa cercare, è stato digitalizzato e aggiunto al database. "Una volta che tutto è stato accumulato, è un lavoro non banale curarlo e portarlo in una forma in cui possa essere analizzato e compreso, "Filips ha detto, aggiungendo che questo è dove sono le opportunità future.
Ora, Filippo, Perkin, e Zakutayev stanno partecipando a uno sforzo collaborativo tra NREL e il National Institute of Standards and Technology per implementare una rete di strumenti sperimentali ad alto rendimento che consentirebbe ai ricercatori di collaborare virtualmente alla sintesi e all'analisi di nuovi materiali, con risultati aggiunti a database come questo. Il progetto pilota è stato soprannominato il Collaboratorio sui materiali sperimentali ad alta produttività.
Sviluppo, la cura e la compilazione del database HTEM è stata supportata dal programma di ricerca e sviluppo diretto dal laboratorio del NREL, l'Ufficio di Scienze del Dipartimento di Energia, e l'Ufficio per l'efficienza energetica e le energie rinnovabili.
