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

В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья
В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья

Более дешевые металлогидридные накопители водо...

Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати
Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати

Новый метод производства цифрового света для&n...

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...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Plant Phenomics: Как технологии помогают фермерам сохранить урожай риса
Plant Phenomics: Как технологии помогают фермерам сохранить урожай риса
Мордовские ученые создали бетон нового поколения
Мордовские ученые создали бетон нового поколения
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными
Челябинские ученые сделают коммунальные машины автономными
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова
Школьники создали для музея бота-проводника по коммуналкам и книгам Булгакова
Исследование Т-клеток в лечении опухолей открывает новую силу иммунотерапии
Исследование Т-клеток в лечении опухолей открывает новую силу иммунотерапии
Current Biology: Анализ ДНК опроверг прежние данные о погибших в Помпеях
Current Biology: Анализ ДНК опроверг прежние данные о погибших в Помпеях
Cell: Открыт новый вероятный маркер старения организма
Cell: Открыт новый вероятный маркер старения организма
МФТИ: Линзы тоньше волоса ускорят диагностику болезней на дому
МФТИ: Линзы тоньше волоса ускорят диагностику болезней на дому
В МГУ увеличили эффективность противогрибковых препаратов в 5000 раз
В МГУ увеличили эффективность противогрибковых препаратов в 5000 раз
Memoirs of the Queensland Museum — Nature: Открыт новый вид краба-отшельника
Memoirs of the Queensland Museum — Nature: Открыт новый вид краба-отшельника
Искусственные рецепторы на основе ДНК коронавируса открывают новые возможности
Искусственные рецепторы на основе ДНК коронавируса открывают новые возможности
Nature Communications: Наночастицы с оснасткой находят белки в плазме крови
Nature Communications: Наночастицы с оснасткой находят белки в плазме крови
Journal of International Development: Холодильник — все еще символ достатка
Journal of International Development: Холодильник — все еще символ достатка
B&B: Разработан неинвазивный биосенсор для ранней диагностики заболеваний почек
B&B: Разработан неинвазивный биосенсор для ранней диагностики заболеваний почек
Простой анализ крови поможет предотвратить преэклампсию у рожениц
Простой анализ крови поможет предотвратить преэклампсию у рожениц

Новости компаний, релизы

Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
На старт! Внимание! MITEX!
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
«Неделя без турникетов» проходит на предприятиях «Вертолетов России»
«Вертолеты России» представили на саммите БРИКС Ми-171А3 AURUS, Ми-38 и модернизированный Ансат