Инструмент прогнозирования ускорит исследования в области сверхпроводников

Функциональность многих современных передовых технологий — от литий-ионных аккумуляторов до сверхпроводников нового поколения — зависит от физического свойства, известного как интеркаляция.

К сожалению, сложно заранее определить, какие из множества возможных интеркалированных материалов являются стабильными, что приводит к необходимости проведения большого количества лабораторных исследований методом проб и ошибок при разработке продукта.

Теперь, в исследовании, недавно опубликованном в журнале ACS Physical Chemistry Au, ученые из Института промышленных наук Токийского университета и их партнеры разработали простое уравнение, которое правильно предсказывает стабильность интеркалированных материалов. Систематическое руководство по проектированию, созданное в результате этой работы, ускорит разработку новой высокопроизводительной электроники и устройств для хранения энергии.

Чтобы оценить достижения исследовательской группы, необходимо понять контекст этого исследования. Интеркаляция — это обратимое введение гостей (атомов или молекул) в хозяев (например, двумерные слоистые материалы). Целью интеркаляции обычно является изменение свойств или структуры носителя для улучшения характеристик устройства, как это наблюдается, например, в коммерческих литий-ионных батареях.

Хотя существует множество синтетических методов для приготовления интеркалированных материалов, у исследователей не было надежных способов предсказать, какие комбинации хозяин-гость будут стабильными. Поэтому для разработки новых интеркалированных материалов для придания им функциональности устройств нового поколения приходится проводить много лабораторных работ. Минимизировать эту работу, предложив простой инструмент прогнозирования стабильности хозяина-гостя, и было целью исследования группы ученых.

Мы впервые разработали точные инструменты прогнозирования энергии интеркаляции хозяин-гость и стабильности интеркалированных соединений, — объясняет Наото Кавагучи, ведущий автор исследования.

Наш анализ, основанный на базе данных из 9000 соединений, использует простые принципы из курса химии для студентов первого курса.

Особым преимуществом работы является то, что для расчетов энергии и стабильности исследователям потребовалось всего два свойства гостя и восемь дескрипторов, полученных от хозяина. Другими словами, первоначальные «лучшие догадки» не требовались; только базовая физика систем „хозяин-гость“. Кроме того, исследователи проверили свою модель с помощью почти 200 наборов коэффициентов регрессии.

Мы очень рады, потому что формулировка нашей регрессионной модели проста и физически обоснована, — говорит Теруясу Мизогучи, старший автор работы.

Другие вычислительные модели в литературе не имеют физической основы и не проверяются на неизвестных интеркалированных соединениях.

Эта работа — важный шаг вперед в деле минимизации трудоемкой лабораторной работы, которая обычно требуется для приготовления интеркалированных материалов. Учитывая, что многие современные и перспективные устройства для хранения энергии и электроники зависят от таких материалов, время и средства, необходимые для соответствующих исследований и разработок, будут сведены к минимуму. Следовательно, продукты с расширенными функциональными возможностями будут выходить на рынок быстрее, чем это было возможно ранее.

01.04.2024


Подписаться в Telegram



Хайтек

AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику

Электроны вращаются без электрического за...

Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ

Новый программный комплекс представили ученые ...

В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G
В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G

Уникальные фильтры для импульсной терагер...

Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет
Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет

Физическая модель, которая описывает взаимодей...

Новый метод синтеза лекарств открыли российские химики
Новый метод синтеза лекарств открыли российские химики

Новый метод синтеза производных пирролизидина ...

Advanced Materials: Созданы волокна в одежду для питания смартфона от тепла тела
Advanced Materials: Созданы волокна в одежду для питания смартфона от тепла тела

Термоэлектрический материал, который можно исп...

В Томском университете создали интегральные схемы для российских РЛС
В Томском университете создали интегральные схемы для российских РЛС

Первый российский комплект интегральных схем д...

Physical Review C: Синтезирован новый изотоп плутония
Physical Review C: Синтезирован новый изотоп плутония

Физики из Китая выяснили, что период...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Российские ученые предложили использовать вирус растений для лечения саркомы
Российские ученые предложили использовать вирус растений для лечения саркомы
Menopause: Ученые заподозрили роль эстрогена в развитии астмы
Menopause: Ученые заподозрили роль эстрогена в развитии астмы
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными
FCoSc: Гигантские крысы поборются с незаконной торговлей дикими животными
В России разработали искусственные кости и новые методы лечения позвоночника
В России разработали искусственные кости и новые методы лечения позвоночника
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
TE&E: Животные потребляют алкоголь чаще, чем мы думаем
Волнообразные упражнения со штангой: польза или вред
Волнообразные упражнения со штангой: польза или вред
JA&FC: Сорго обогащает рацион питания биоактивными соединениями
JA&FC: Сорго обогащает рацион питания биоактивными соединениями
Nature Communications: Жизнь все-таки можно повернуть назад
Nature Communications: Жизнь все-таки можно повернуть назад
МАИ: Дроны-дефектоскописты уступают человеку в точности, зато берут скоростью
МАИ: Дроны-дефектоскописты уступают человеку в точности, зато берут скоростью
EBioMedicine: Создан инструмент для выявления сепсиса у новорожденных
EBioMedicine: Создан инструмент для выявления сепсиса у новорожденных
Численное моделирование повысит эффективность 3D-печати из стали 316LSi
Численное моделирование повысит эффективность 3D-печати из стали 316LSi
Создан особо пластичный алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей
Создан особо пластичный алюминиевый сплав для высокотехнологичных отраслей
Влияние цвета в архитектуре на самоконтроль человека: мнение эксперта МХПИ
Влияние цвета в архитектуре на самоконтроль человека: мнение эксперта МХПИ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ

Новости компаний, релизы

Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
Регистрация сми на IV конгресс молодых ученых продлевается до 6 ноября
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
На старт! Внимание! MITEX!
Пироговская олимпиада для школьников по химии и биологии