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

Легкие и прочные: как Al-Sc сплавы покоряют промышленность
Легкие и прочные: как Al-Sc сплавы покоряют промышленность

3D-печать меняет правила игры: она дает б...

Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом
Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом

Физики научились управлять светом в кроше...

Тараканы-киборги — спасатели ближайшего будущего
Тараканы-киборги — спасатели ближайшего будущего

От зон стихийных бедствий до экстрем...

Томские ученые раскрыли секреты молекулярных взаимодействий
Томские ученые раскрыли секреты молекулярных взаимодействий

Ученые из Томского политехнического униве...

100 миллионов за молекулярный прорыв: в Уфе запустили супер-спектрометр
100 миллионов за молекулярный прорыв: в Уфе запустили супер-спектрометр

В Уфимском федеральном исследовательском центр...

От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP
От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP

В НИЯУ МИФИ создали онлайн-сервис —...

CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее
CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее

Передовая роботизированная система CARMA II ус...

Нейросети будущего: поляритоны в СПбГУ бьют рекорды точности
Нейросети будущего: поляритоны в СПбГУ бьют рекорды точности

Ученые из Санкт-Петербургского государств...

MIT учит дронов избегать столкновений: новый метод GCBF+
MIT учит дронов избегать столкновений: новый метод GCBF+

Инженеры из MIT придумали, как сдела...

Фокус на будущее: киноформные линзы меняют правила игры
Фокус на будущее: киноформные линзы меняют правила игры

Сотрудники лаборатории 3D-печати функциональны...

Российский минерал совершил революцию в мире двумерных материалов
Российский минерал совершил революцию в мире двумерных материалов

Ученые Томского политехнического университета ...

Свет из земли: как глина превратилась в дисплей
Свет из земли: как глина превратилась в дисплей

Мир дисплеев скоро изменится благодаря новым м...

В МИФИ создан радиоизотопный прибор для отечественной металлургии
В МИФИ создан радиоизотопный прибор для отечественной металлургии

В Национальном исследовательском ядерном униве...

Преодоление физических барьеров: на пути к новым квантовым технологиям
Преодоление физических барьеров: на пути к новым квантовым технологиям

Комментирует профессор Майя Вергниори, которая...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Т-клетки и В-клетки: новые герои в борьбе с раком
Т-клетки и В-клетки: новые герои в борьбе с раком
Почему одни помнят сны, а другие нет? Ученые нашли ответ
Почему одни помнят сны, а другие нет? Ученые нашли ответ
Как Плутон потерял статус планеты и что нашли ученые
Как Плутон потерял статус планеты и что нашли ученые
Вода без яда: как томские ученые победили мышьяк
Вода без яда: как томские ученые победили мышьяк
Атомный ренессанс: Швеция возвращается к ядерной энергии
Атомный ренессанс: Швеция возвращается к ядерной энергии
Наука и Победа: школьники Чечни вспомнили великие достижения советских ученых
Наука и Победа: школьники Чечни вспомнили великие достижения советских ученых
Трава, которая объединяет: как пастбища снижают напряженность в Кении
Трава, которая объединяет: как пастбища снижают напряженность в Кении
Невидимая угроза: что скрывается в воздухе общественных туалетов
Невидимая угроза: что скрывается в воздухе общественных туалетов
От мигрени до Альцгеймера: что значат гормоны для мозга
От мигрени до Альцгеймера: что значат гормоны для мозга
Тайны диатомовых водорослей: что происходит, когда вода становится соленой
Тайны диатомовых водорослей: что происходит, когда вода становится соленой
Nature Genetics: Тайны ДНК помогут понять, что на самом деле вызывает рак
Nature Genetics: Тайны ДНК помогут понять, что на самом деле вызывает рак
Мозг и микросхемы: нижегородские ученые учат электронику бороться с эпилепсией
Мозг и микросхемы: нижегородские ученые учат электронику бороться с эпилепсией
Электричество против воспаления: ученые упростили лечение мочекаменной болезни
Электричество против воспаления: ученые упростили лечение мочекаменной болезни
Как понять, что нужно детям: в России создают новый подход к благополучию
Как понять, что нужно детям: в России создают новый подход к благополучию
«Смута» заговорит по-новому: финальное обновление и свежие треки
«Смута» заговорит по-новому: финальное обновление и свежие треки

Новости компаний, релизы

Более 200 нижегородцев посетили научные кинопоказы честь Дня российской науки
Школьников и студентов Хабаровского края приглашают написать всероссийский диктант «Наука во имя Победы»
На Фестивале «Москва — Точка старта» победили проекты из МИФИ
Сервис «Лабинфо» представили в инициативе десятилетия науки и технологий
Российские ученые выяснили, что за пять лет число случаев нетрудоспособности из-за онкологии выросло в стране почти на 70%