Souhrn
Vědci z Penn State University vyvinuli sedm nových vysokoentropických oxidů (HEO) – pokročilých keramických materiálů složených z pěti a více kovů. Klíčem k úspěchu bylo kontrolované odstraňování kyslíku během syntézy, což umožnilo stabilizovat železo a mangan do struktury materiálu. Výzkum publikovaný v Nature Communications kombinuje tradiční materiálové inženýrství se strojovým učením.
Klíčové body
- Sedm nových vysokoentropických oxidů vytvořených kontrolou atmosféry kyslíku při syntéze
- Stabilizace železa a manganu do keramické struktury, což nebylo možné v běžné atmosféře
- Využití strojového učení pro screening tisíců materiálových kombinací během sekund
- První úspěšný materiál nazvaný J52 obsahuje hořčík, kobalt, nikl, mangan a železo
- Potenciální aplikace v energetickém skladování, elektronice a ochranných povlacích
Podrobnosti
Vysokoentropické oxidy představují třídu pokročilých keramických materiálů, které se skládají z pěti nebo více kovových prvků. Jejich složitá struktura jim dává unikátní vlastnosti využitelné v náročných aplikacích. Hlavní výzvou při jejich syntéze je stabilizace všech kovových prvků do jednotné krystalové struktury.
Saeed Almishal, výzkumný profesor na Penn State pracující pod vedením Jon-Paula Maria, objevil, že pečlivým odstraněním kyslíku z atmosféry trubkové pece během syntézy lze stabilizovat železo a mangan do keramické struktury. Tyto kovy by se za běžných podmínek v přítomnosti kyslíku do materiálu nezačlenily.
První úspěšný materiál dostal označení J52 a obsahuje kombinaci hořčíku, kobaltu, niklu, manganu a železa. Po tomto průlomu tým využil nově vyvinuté nástroje založené na strojovém učení, které dokážou během sekund prověřit tisíce možných materiálových kompozic. Tato technologie identifikovala šest dalších kombinací kovů vhodných pro vytvoření vysokoentropických oxidů.
Syntéza a charakterizace vzorků probíhala za pomoci týmu studentů bakalářského studia, kteří materiály zpracovávali, vyráběli a analyzovali v laboratoři. Tento přístup kombinující experimentální práci s výpočetními metodami představuje nový směr ve vývoji pokročilých materiálů.
Proč je to důležité
Objev demonstruje, jak kombinace tradičních materiálových technik s moderními nástroji strojového učení může urychlit vývoj nových materiálů. Kontrola atmosféry během syntézy otevírá možnosti pro stabilizaci kovů, které by jinak nebylo možné do keramických struktur začlenit.
Vysokoentropické oxidy mají potenciál pro využití v energetickém skladování, kde by mohly zlepšit výkon baterií a superkondenzátorů, v elektronice pro pokročilé součástky a jako ochranné povlaky odolné extrémním podmínkám. Výzkum také vytváří metodický rámec, který mohou další vědci využít pro systematický vývoj podobných materiálů s předvídatelnými vlastnostmi.
Zdroj: 📰 Phys.Org
| 