材料科學(xué)家和數(shù)據(jù)科學(xué)家聯(lián)手創(chuàng)造發(fā)現(xiàn)潛在有用材料的新方法

我去了加州理工學(xué)院，得到的只是這件 T 恤……以及一種發(fā)現(xiàn)復(fù)雜有趣材料的新方法。

加州理工學(xué)院和谷歌的研究人員將計算機自動化與最初用于打印 T 恤設(shè)計的噴墨打印機相結(jié)合，開發(fā)出一種高通量方法來識別具有有趣特性的新型材料。在該過程的試運行中，他們篩選了數(shù)十萬種可能的新材料，并發(fā)現(xiàn)了一種由鈷、鉭和錫制成的材料，其透明度可調(diào)，可作為化學(xué)反應(yīng)的良好催化劑，同時在強酸性電解質(zhì)中保持穩(wěn)定。

在美國國家科學(xué)院院刊(PNAS) 上發(fā)表的一篇科學(xué)文章中描述了這項工作，由加州理工學(xué)院的 John Gregoire 和 Joel Haber 以及谷歌的 Lusann Yang 領(lǐng)導(dǎo)。它以在加州理工學(xué)院能源部 (DOE) 能源創(chuàng)新中心人工光合作用聯(lián)合中心 (JCAP) 進行的研究為基礎(chǔ)，并繼續(xù)與 JCAP 的繼任者液體陽光聯(lián)盟(LiSA) 合作，這是一項由美國能源部資助的項目，旨在簡化將陽光轉(zhuǎn)化為燃料所需的復(fù)雜步驟，使該過程更加高效。

創(chuàng)造新材料并不像將幾個不同的元素放入試管并搖晃它看看會發(fā)生什么那么簡單。您需要將您組合的元素在原子水平上相互結(jié)合，以創(chuàng)造出新的和不同的東西，而不僅僅是成分的異質(zhì)混合物。由于元素周期表上各種方塊的可能組合幾乎無限，因此挑戰(zhàn)在于知道哪種組合會產(chǎn)生這種材料。

“材料發(fā)現(xiàn)可能是一個慘淡的過程。如果你無法預(yù)測在哪里可以找到所需的特性，你可能會在整個職業(yè)生涯中混合隨機元素，卻永遠找不到任何有趣的東西，”應(yīng)用物理學(xué)和材料科學(xué)研究教授 Gregoire 說， JCAP 研究員和 LiSA 團隊負(fù)責(zé)人。

當(dāng)組合少量單個元素時，材料科學(xué)家通?？梢愿鶕?jù)新材料的組成部分預(yù)測新材料可能具有的特性。然而，當(dāng)制造出更復(fù)雜的混合物時，這個過程很快就變得站不住腳了。

“在材料科學(xué)中，任何超過兩種元素都被認(rèn)為是‘高維’，”格雷瓜爾說。“大多數(shù)或所有的一種和兩種金屬氧化物都是已知的，”他說。“未知邊界是三個或更多在一起。”(金屬氧化物是包含帶正電的金屬離子或陽離子和帶負(fù)電的氧離子或陰離子的固體材料;例如，鐵銹就是氧化鐵。)

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