|
ИИ разгадывает тайны поликристаллических материалов
|
|
|
|
Исследователи из Нагойского университета в Японии использовали искусственный интеллект, чтобы открыть новый метод понимания небольших дефектов, называемых дислокациями, в поликристаллических материалах, материалах, широко используемых в информационном оборудовании, солнечных элементах и электронных устройствах, которые могут снизить эффективность таких устройств. Результаты были опубликованы в журнале Advanced Materials. Почти каждое устройство, которое мы используем в современной жизни, имеет поликристаллическую составляющую. От вашего смартфона до компьютера, до металлов и керамики в вашем автомобиле. Несмотря на это, поликристаллические материалы сложно использовать из-за их сложной структуры. Помимо состава, на характеристики поликристаллического материала влияют его сложная микроструктура, дислокации и примеси.
|
|
|
|
Основной проблемой использования поликристаллов в промышленности является образование мелких дефектов кристаллов, вызванных изменениями напряжений и температур. Они известны как дислокации и могут нарушить регулярное расположение атомов в решетке, влияя на электропроводность и общую производительность. Чтобы снизить вероятность выхода из строя устройств, в которых используются поликристаллические материалы, важно понимать, как образуются эти дислокации. Группа исследователей из Университета Нагои под руководством профессора Норитаки Усами, в которую вошли преподаватель Тацуя Ёкои, доцент Хироаки Кудо и другие сотрудники, использовала новый искусственный интеллект для анализа данных изображений материала, широко используемого в солнечных панелях, под названием поликристаллический кремний. Искусственный интеллект создал 3D-модель в виртуальном пространстве, помогая команде определить области, в которых скопления дислокаций влияют на характеристики материала.
|
|
|
После выявления областей скоплений дислокаций исследователи использовали электронную микроскопию и теоретические расчеты, чтобы понять, как образовались эти области. Они выявили распределение напряжений в кристаллической решетке и обнаружили лестничные структуры на границах между кристаллическими зернами. Эти структуры, по-видимому, вызывают дислокации во время роста кристаллов. «Мы обнаружили особую наноструктуру в кристаллах, связанную с дислокациями в поликристаллических структурах», — сказал Усами. Наряду с практическими последствиями, это исследование может иметь важное значение и для науки о росте и деформации кристаллов. Модель Хаасена-Александра-Сумино (HAS) представляет собой влиятельную теоретическую основу, используемую для понимания поведения дислокаций в материалах. Но Усами считает, что они обнаружили дислокации, которые упустила модель Хаасена-Александра-Сумино.
|
|
|
|
Вскоре после этого последовал еще один сюрприз: когда команда рассчитала расположение атомов в этих структурах, они обнаружили неожиданно большие деформации растяжения связей вдоль края лестничных структур, которые вызвали генерацию дислокаций. Как объяснил Усами: «Как эксперты, изучавшие это в течение многих лет, мы были поражены и взволнованы, увидев наконец доказательства присутствия дислокаций в этих структурах. Это предполагает, что мы можем контролировать образование скоплений дислокаций, управляя направлением их движения. который простирается граница». «Извлекая и анализируя наноразмерные области с помощью информатики поликристаллических материалов, которая сочетает в себе эксперимент, теорию и искусственный интеллект, мы впервые сделали возможным такое выяснение явлений в сложных поликристаллических материалах», — продолжил Усами.
|
|
|
|
«Это исследование проливает свет на путь к установлению универсальных рекомендаций для высокопроизводительных материалов и, как ожидается, будет способствовать созданию инновационных поликристаллических материалов. Потенциальное влияние этого исследования распространяется не только на солнечные элементы, но и на все, от керамики до полупроводников. Поликристаллические материалы широко используются. в обществе, и улучшенные характеристики этих материалов могут произвести революцию в обществе».
|
|
|
|
Источник
|
