Una extensa base de datos experimental de materiales inorgánicos de película delgada que organiza una década de investigación en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía (NREL) ahora está disponible públicamente.
La base de datos de materiales experimentales de alto rendimiento (HTEM) contiene más de 140, 000 entradas de muestra recopiladas por científicos de NREL que investigan materiales inorgánicos para su uso en aplicaciones energéticas avanzadas, como las células solares de película fina. Las entradas proporcionan detalles sobre la estructura, químico, y propiedades optoelectrónicas de los materiales, y sus condiciones de síntesis. Actualmente, más de la mitad de estos datos están disponibles en línea en htem.nrel.gov.
"Todas las bases de datos experimentales existentes contienen muchas entradas o tienen toda esta información de propiedad, pero no ambos, "dijo Andriy Zakutayev, un científico del Centro de Ciencia de Materiales de NREL, que se dedica al desarrollo de nuevos materiales y dispositivos para células solares y otras tecnologías de energía renovable. Zakutayev y Caleb Phillips, científico de datos del Centro de Ciencias Computacionales de NREL, dirigió el artículo recientemente publicado "Una base de datos experimental abierta para explorar materiales inorgánicos".
Publicado en Datos científicos , Nick Wunder también es coautor del artículo, Marcus Schwarting, John Perkins, Robert White, Kristin Munch, y William Tumas, todo de NREL. Tumas es director del Centro de Diseño de Materiales de Próxima Generación, un Centro de Investigación de la Frontera de la Energía financiado por el Departamento de Energía, que tiene la tarea de descubrir nuevos materiales energéticos.
Al trabajar en nuevos materiales, los científicos sintetizan muchas muestras, pero solo una fracción de lo que aprenden a lo largo del camino se publica. Perkins, un científico senior en el Centro de Ciencia de Materiales, estima que la información sobre menos del 10 por ciento de las muestras se convierte en una revista científica. "Realmente solo escribes artículos de revistas sobre materiales que funcionaron, " él dijo, agregar la información que no se publicó también podría ser útil para los esfuerzos de investigación.
"Creemos que poner todos estos datos en el dominio público aceleraría el avance de la ciencia de los materiales, en particular por investigadores sin acceso a costosos equipos experimentales, tanto en los Estados Unidos como en todo el mundo, "Dijo Perkins.
Históricamente, los científicos hicieron una muestra a la vez, medido, analizó los datos, y luego hizo otro. Pero los avances tecnológicos en los equipos de investigación y los controles informáticos han permitido a los investigadores recopilar más datos con mayor rapidez. Una película cuadrada delgada que mide 2 pulgadas de lado puede tener 100 puntos de datos porque tales "bibliotecas" de muestra se crean intencionalmente con gradientes en la composición química, temperatura de síntesis, o espesor de película, por ejemplo. "Al realizar esta investigación combinatoria de manera sistemática durante muchos años, para diferentes proyectos con diferentes objetivos, es lo que permitió la creación de esta base de datos, "Dijo Zakutayev.
Este ejemplo de un experimento combinatorio de alto rendimiento permite que los datos se recopilen en mayores volúmenes y velocidades que nunca y brinda la oportunidad de que el aprendizaje automático acelere aún más el análisis.
"Si quisiera saber qué tan conductora de electricidad era una combinación particular de elementos químicos antes de fabricar el material y medirlo, es posible que pueda utilizar el algoritmo de aprendizaje automático para predecir esa cantidad, "dijo Phillips.
La base de datos HTEM se basa en casi una década de experimentos de película delgada en NREL. Incluso los datos que se publicaron, pero no en una forma que pueda ser buscada, fue digitalizado y agregado a la base de datos. "Una vez que se ha acumulado todo, es un trabajo no trivial curarlo y obtenerlo en una forma en la que se pueda analizar y comprender, "Phillips dijo, agregando que aquí es donde están las oportunidades futuras.
Ahora, Phillips, Perkins, y Zakutayev están participando en un esfuerzo de colaboración entre NREL y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología para implementar una red de herramientas experimentales de alto rendimiento que permitirían a los investigadores colaborar virtualmente en la síntesis y análisis de nuevos materiales, con resultados agregados a bases de datos como esta. El proyecto piloto ha recibido el nombre de Colaboración de materiales experimentales de alto rendimiento.
Desarrollo, La curación y el llenado de la base de datos HTEM fue apoyado por el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio de NREL, la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía, y la Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables.
