Een uitgebreide experimentele database van anorganische dunnefilmmaterialen die tien jaar lang onderzoek organiseert bij het National Renewable Energy Laboratory (NREL) van het Department of Energy, is nu openbaar beschikbaar.

De High Throughput Experimental Materials (HTEM) Database bevat meer dan 140, 000 voorbeelditems verzameld door NREL-wetenschappers die anorganische materialen onderzoeken voor gebruik in geavanceerde energietoepassingen, zoals dunne-film zonnecellen. De inzendingen geven details over de structurele, chemisch, en opto-elektronische eigenschappen van de materialen, en hun synthesevoorwaarden. Meer dan de helft van deze gegevens is momenteel online beschikbaar op htem.nrel.gov.

"Alle bestaande experimentele databases bevatten ofwel veel vermeldingen of hebben al deze eigenschapsinformatie, maar niet allebei, " zei Andriy Zakutayev, een wetenschapper bij NREL's Materials Science Center, die zich toelegt op de ontwikkeling van nieuwe materialen en apparaten voor zonnecellen en andere technologieën voor hernieuwbare energie. Zakutayev en Caleb Phillips, een datawetenschapper bij het Computational Science Center bij NREL, leidde het nieuw gepubliceerde artikel "Een open experimentele database voor het verkennen van anorganische materialen."

Gepubliceerd in Wetenschappelijke gegevens , het papier was ook co-auteur van Nick Wunder, Marcus Schwarting, John Perkins, Robert Wit, Kristin Munch, en William Tumas, allemaal van NREL. Tumas is directeur van het Center for Next Generation of Materials Design, een Energy Frontier Research Center gefinancierd door het ministerie van Energie, die belast is met het ontdekken van nieuwe energiematerialen.

Bij het werken aan nieuwe materialen, wetenschappers synthetiseren veel monsters, maar slechts een fractie van wat ze onderweg leren, wordt ooit gepubliceerd. Perkins, een senior wetenschapper in het Materials Science Center, schat dat informatie over minder dan 10 procent van de monsters in een wetenschappelijk tijdschrift terechtkomt. "Je schrijft eigenlijk alleen tijdschriftartikelen over materialen die werkten, " hij zei, het toevoegen van de informatie die niet is gepubliceerd, kan ook nuttig zijn voor onderzoeksinspanningen.

"Onze overtuiging is dat het openbaar maken van al deze gegevens de vooruitgang van de materiaalwetenschap zou versnellen, met name door onderzoekers die geen toegang hebben tot dure experimentele apparatuur, zowel in de Verenigde Staten als over de hele wereld, ' zei Perkins.

historisch, wetenschappers maakten één monster tegelijk, heb het gemeten, analyseerde de gegevens, en maakte er toen nog een. Maar technologische vooruitgang in onderzoeksapparatuur en computerbesturing hebben onderzoekers in staat gesteld om sneller meer gegevens te verzamelen. Een vierkante dunne film van 2 inch aan de zijkant kan 100 gegevenspunten hebben, omdat dergelijke 'monsterbibliotheken' opzettelijk zijn gemaakt met gradiënten in chemische samenstelling, synthese temperatuur, of filmdikte, bijvoorbeeld. "Door dergelijk combinatorisch onderzoek gedurende vele jaren systematisch te doen, voor verschillende projecten met verschillende doelen, is wat het maken van deze database mogelijk maakte, ' zei Zakutayev.

Met dit voorbeeld van een combinatorisch experiment met hoge doorvoer kunnen de gegevens met grotere volumes en snelheden dan ooit worden verzameld en biedt machine learning de mogelijkheid om de analyse verder te versnellen.

"Als je wilde weten hoe elektrisch geleidend een bepaalde combinatie van chemische elementen was voordat je het materiaal daadwerkelijk maakte en meet, je kunt misschien het machine learning-algoritme gebruiken om die hoeveelheid te voorspellen, ' zei Philips.

De HTEM-database is gebaseerd op bijna tien jaar dunnefilmexperimenten bij NREL. Zelfs gegevens die werden gepubliceerd, maar niet in een vorm die kan worden doorzocht, gedigitaliseerd en toegevoegd aan de database. "Als alles eenmaal is verzameld, het is een niet-triviale taak om het te beheren en het in een vorm te krijgen waarin het kan worden geanalyseerd en begrepen, "Philips zei, eraan toevoegend dat hier de toekomstige kansen liggen.

Nutsvoorzieningen, Philips, Perkins, en Zakutayev nemen deel aan een samenwerking tussen NREL en het National Institute of Standards and Technology om een ​​netwerk van experimentele tools met hoge doorvoer in te zetten waarmee onderzoekers virtueel kunnen samenwerken aan de synthese en analyse van nieuwe materialen, met resultaten die worden toegevoegd aan databases zoals deze. Het proefproject heeft de naam High-Throughput Experimental Materials Collaboratory gekregen.

Ontwikkeling, het samenstellen en invullen van de HTEM-database werd ondersteund door het Laboratory Directed Research and Development-programma van NREL, het Department of Energy's Office of Science, en het Bureau voor energie-efficiëntie en hernieuwbare energie.