Letar efter blymaterial med specifika egenskaper, forskare har utvecklat ett arbetsflöde som innehåller artificiell intelligens för att vägleda upptäckten av en ny keramisk struktur med särskilt låg värmeledningsförmåga. Som de förklarar i tidningen Angewandte Chemie , materialet har en ovanlig kvaskristallin struktur, möjligen banar väg för nya värmeisolerande och termoelektriska material.

Keramik med låg värmeledningsförmåga söks ständigt för värmeskyddande beläggningar eller termoelektriska applikationer. Med andra ord, för att generera ström från värme. Matthew J. Rosseinsky vid University of Liverpool, STORBRITANNIEN, och hans kollegor, tog den kemiska gruppen av titanaterna som utgångspunkt i denna sökning. Baserat på energiberäkningar, de koncentrerade sin sökning på titanater innehållande fraktioner av yttrium och bariumoxider.

För att begränsa kandidater med kompositioner som skulle ge ett material med potentiellt ännu lägre värmeledningsförmåga, forskarna vände sig till artificiell intelligens, utbildning av maskininlärningsmodeller med keramik med känd sammansättning och känd värmeledningsförmåga. Modellerna bekräftade sitt ursprungliga kunskapsbaserade beslut att begränsa sig till barium-yttriumtitanater.

AI -resultaten visade också att kompositionen kan ha ytterligare inverkan på värmeledningsförmågan. "Detta väglett oss att föredra en av de två sammansättningsregioner som identifierats av energiberäkningarna för experimentellt arbete, "Säger Rosseinsky. Således, forskarna syntetiserade en ny oxid, ännu okänd, består av tio delar barium, sex delar yttrium, fyra delar titan, och 27 delar syreatomer.

Det nya materialet visade sig vara metastabilt, och dess struktur visade sig vara särskilt överraskande. I "normala" kristaller, atomer ordnas regelbundet. Dock, i det nya materialet observerade laget en "kvasikristallin" struktur. Kvasikristaller har ett ordnat arrangemang av atomer, men inte fullständig tredimensionell periodicitet. Endast när kvasikristaller betraktas i termer av "långdistansordning" kan den kontinuerliga periodiciteten som är typisk för kristaller kännas igen. Teamet framhöll betydelsen av dessa fynd:"Oxidkvasikristaller har observerats vid gränssnitt, dock, materialet som presenteras här är det första som har föreslagits som en kvasikristall i bulk. "

Det nya titanatet befanns ha en lägre värmeledningsförmåga än nästan alla andra kända övergångsmetalloxider av denna typ, med bara en molybdenoxid med en komplex kristallstruktur som ger bättre resultat. Författarna förklarade också värmeledningsförmågan hos deras material i teoretiska termer, jämför kvasikristallens beteende med glasets. Glasögon har en oordnad materialstruktur, och är kända för att vara bra värmeisolatorer.

Teamet betonade rollen att implementera en integrerad uppsättning verktyg, baserad på kunskap och förståelse för kemi, och införlivar modeller för maskininlärning. "Vår studie visar hur AI kan hjälpa till vid beslutsfattande för att påskynda upptäckten, "Säger Rosseinsky.