Wetenschappers zijn vooral probleemoplossers.

Senior onderzoekswetenschapper Ying Shi van Corning Incorporated is geen uitzondering. Haar onderzoek richt zich op het begrijpen van de structuur-eigenschap-correlatie van glas om nieuwe composities te ontwikkelen die op maat zijn gemaakt voor een reeks toepassingen. Ze gebruikt regelmatig neutronenverstrooiing in het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) van het Department of Energy (DOE) om inzicht te krijgen in talloze glasmonsters op atomaire schaal.

Begrijpen hoe de atomaire structuur van verschillende soorten glas correleert met hun eigenschappen is belangrijk voor veel consumentenelektronica. Bijvoorbeeld, het afdekglas dat wordt gebruikt in persoonlijke elektronica zoals mobiele telefoons, moet sterk genoeg zijn om barsten te weerstaan, terwijl het glazen paneel op een flatscreen-tv minimale dimensionale veranderingen moet vertonen om een ​​hoge resolutie te garanderen, aangezien het tijdens het fabricageproces warmtebehandelingen ondergaat.

"Het is een extreem moeilijk en belangrijk probleem om de atomaire structuur van silicaatglazen echt te begrijpen en hoe hun structuren correleren met hun eigenschappen, Shi zei. "We vertrouwen op grote datasets om de correlatie tussen structuur en eigenschappen te ontcijferen."

Dat is waarom elke keer dat Ying naar ORNL's Spallation Neutron Source komt om het NOMAD-instrument te gebruiken, ze meet bijna 100 glasmonsters die systematisch verschillende samenstellingen en verschillende behandelingen hebben.

Glasstructuur is anders dan kristallijne materialen. Terwijl de atomen in kristallijne materialen op een geordende manier zijn gerangschikt volgens symmetrie en periodiciteit - waardoor ze krijgen wat materiaalwetenschappers langeafstandsorde noemen - heeft glas alleen korte- en middellangeafstandsorde.

"Middelgrote bestelling, de belangrijkste structurele parameter om glaseigenschappen te bepalen, kan worden onthuld door de eerste scherpe diffractiepiek van totale verstrooiing van neutronen, ' zei Shi.

Shi's huidige experimenten met het NOMAD-instrument bij ORNL's Spallation Neutron Source (SNS) stellen haar in staat om structurele gegevens op middellange afstand die op haar specimens zijn verzameld te correleren met tal van eigenschappen, waaronder hardheid en thermische uitzettingscoëfficiënt.

Wat is er extra speciaal aan deze experimenten, ze zegt, is dat ze code bevatten die is geschreven door haar tienerzoon. Shi's zoon, Albert, die afgelopen zomer stage liep bij Corning, was pas 14 jaar oud toen hij de code voor de data-analyse van zijn moeder schreef.

nu 16, Albert zegt dat hij al met zijn vader had leren coderen in C# toen zijn moeder ontdekte dat ze geen professionele codeur kon inhuren om haar honderden gegevensbestanden te behandelen, omdat haar project, in de verkennende fase, had er geen begroot.

"Het heeft misschien een jaar geduurd voordat ze de financiering voor professionele codering had aangevraagd, en ze wilde het proces versnellen en ik wilde helpen, " legde Albert uit. "De code verwerkt in feite de ruwe neutronenbundellijngegevens en voert verschillende wiskundige behandelingen uit op de eerste scherpe diffractiepiek, waarmee we structurele informatie op middellange afstand in het glas kunnen afleiden."

Shi voegt eraan toe dat voordat Albert de code ontwikkelde, ze moest elk gegevensbestand van haar experimenten behandelen met twee in de handel verkrijgbare softwarepakketten, maar ze konden niet met elkaar communiceren.

"Vroeger deed ik zelf een behandeling en voerde vervolgens de gegevens handmatig uit en voerde deze vervolgens handmatig in de tweede software in, " ze zei.

Elk gegevensbestand duurde een half uur om te analyseren met behulp van deze methode, en ze wist dat het niet houdbaar zou zijn voor honderden databestanden en onmogelijk als ze de aanpasparameters wilde optimaliseren.

Shi zegt dat Albert's code haar in staat stelt om 20 gegevensbestanden in minder dan 30 seconden te verwerken. in plaats van een half uur te nemen voor 1 bestand, en ze kan parameters gemakkelijker aanpassen en betere resultaten behalen.

ORNL heeft ingestemd met het hosten van de code van Albert op zijn GitHub, een open-source softwareontwikkelingsplatform, en RingFSDP, een nieuwe methode die Shi heeft ontwikkeld op basis van de code van haar zoon, is nu beschikbaar voor de glasonderzoeksgemeenschap. Ze publiceerde onlangs een paper over RingFSDP.

"Het hosten op onze repository hier bij ORNL maakt het voor iedereen toegankelijk. Hosting is ook logisch omdat NOMAD-teamleden betrokken waren bij de ontwikkeling van de code en op de publicatie staan, en we hosten veel code die uitsluitend bij ORNL of in samenwerking met externe entiteiten is ontwikkeld, ", zei Matthew Tucker, leider van de neutronendiffractiegroep.

Albert is doorgegaan met het verbeteren van zijn originele code, en hij schreef twee extra codes tijdens zijn Corning-stage die hij van plan is te delen met ORNL.