En omfattande experimentell databas med oorganiska tunnfilmsmaterial som organiserar ett decenniums forskning vid Department of Energys National Renewable Energy Laboratory (NREL) är nu allmänt tillgänglig.
HTEM-databasen (High Throughput Experimental Materials) innehåller mer än 140, 000 provposter insamlade av NREL-forskare som undersöker oorganiska material för användning i avancerade energitillämpningar, som tunnfilmssolceller. Posterna ger detaljer om den strukturella, kemisk, och materialens optoelektroniska egenskaper, och deras syntesbetingelser. Mer än hälften av dessa uppgifter är för närvarande tillgängliga online på htem.nrel.gov.
"Alla existerande experimentella databaser innehåller antingen många poster eller har all denna egenskapsinformation, men inte båda, sade Andriy Zakutayev, en forskare vid NREL:s Materials Science Center, som är dedikerat till att utveckla nya material och enheter för solceller och andra förnybara energitekniker. Zakutayev och Caleb Phillips, en dataforskare vid Computational Science Center vid NREL, ledde den nyligen publicerade artikeln "En öppen experimentell databas för att utforska oorganiska material."
Publicerad i Vetenskapliga data , tidningen var också medförfattare av Nick Wunder, Marcus Schwarting, John Perkins, Robert White, Kristin Munch, och William Tumas, allt från NREL. Tumas är chef för Center for Next Generation of Materials Design, ett Energy Frontier Research Center finansierat av Department of Energy, som har till uppgift att upptäcka nya energimaterial.
I arbetet med nya material, forskare syntetiserar många prover men bara en bråkdel av vad de lär sig längs vägen publiceras någonsin. Perkins, en senior forskare vid Materials Science Center, uppskattar att information om mindre än 10 procent av proverna gör det till en vetenskaplig tidskrift. "Du skriver egentligen bara tidskriftsartiklar om material som fungerade, " han sa, Att lägga till information som inte publicerades kan också vara användbart för forskningsinsatser.
"Vår övertygelse är att att lägga ut all denna information till det offentliga området skulle påskynda framstegen inom materialvetenskap, särskilt av forskare utan tillgång till dyr experimentell utrustning, både i USA och runt om i världen, " sa Perkins.
Historiskt sett, forskare gjorde ett prov i taget, mätte det, analyserade data, och gjorde sedan en till. Men tekniska framsteg inom forskningsutrustning och datorkontroller har gjort det möjligt för forskare att samla in mer data snabbare. En fyrkantig tunn film som mäter 2 tum på sidan kan ha 100 datapunkter eftersom sådana prov "bibliotek" är avsiktligt gjorda med gradienter i kemisk sammansättning, syntestemperatur, eller filmtjocklek, till exempel. "Att göra sådan kombinatorisk forskning systematiskt under många år, för olika projekt med olika mål, är det som möjliggjorde skapandet av denna databas, sa Zakutayev.
Detta exempel på ett kombinatoriskt experiment med hög genomströmning gör att data kan samlas in med större volymer och hastigheter än någonsin och leder till möjligheten för maskininlärning för att ytterligare påskynda analysen.
"Om du ville veta hur elektriskt ledande en speciell kombination av kemiska element var innan du faktiskt gjorde materialet och mätte det, du kanske kan använda maskininlärningsalgoritmen för att förutsäga den kvantiteten, sa Phillips.
HTEM-databasen bygger på nästan ett decennium av tunnfilmsexperiment vid NREL. Även data som publicerades, men inte i en form som går att söka, digitaliserades och lades till i databasen. "När allt har samlats, det är ett icke-trivialt jobb att kurera det och få det i en form där det kan analyseras och förstås, " sade Phillips, och tillägger att det är här de framtida möjligheterna finns.
Nu, Phillips, Perkins, och Zakutayev deltar i ett samarbete mellan NREL och National Institute of Standards and Technology för att distribuera ett nätverk av experimentella verktyg med hög genomströmning som skulle tillåta forskare att samarbeta virtuellt om syntes och analys av nya material, med resultat som läggs till i databaser som denna. Pilotprojektet har kallats High-Throughput Experimental Materials Collaboratory.
Utveckling, kuration och ifyllning av HTEM-databasen stöddes av NREL:s Laboratory Directed Research and Development-program, Department of Energy's Office of Science, och Office of Energy Efficiency and Renewable Energy.
