Titanato aislante del calor
Descubrir nuevas pistas para materiales funcionales guiados por la inteligencia artificial
En su búsqueda de materiales con propiedades específicas, los investigadores han desarrollado un flujo de trabajo que incorpora inteligencia artificial para guiar el descubrimiento de una nueva estructura Cerámica con una conductividad térmica especialmente baja. Como explican en la revista Angewandte Chemie, el material tiene una estructura cuasicristalina inusual, lo que podría allanar el camino hacia nuevos materiales termoeléctricos y de aislamiento térmico.
© Wiley-VCH
Se buscan constantemente cerámicas con baja conductividad térmica para recubrimientos de protección térmica o aplicaciones termoeléctricas. Es decir, para generar corriente a partir del calor. Matthew J. Rosseinsky, de la Universidad de Liverpool (Reino Unido), y sus colegas, tomaron como punto de partida en esta búsqueda el grupo químico de los titanatos. Basándose en cálculos energéticos, concentraron su búsqueda en los titanatos que contienen fracciones de óxidos de itrio y bario.
Para reducir los candidatos con composiciones que dieran un material con una conductividad térmica potencialmente aún más baja, los investigadores recurrieron a la inteligencia artificial, entrenando modelos de aprendizaje automático con cerámicas de composición y conductividad térmica conocidas. Los modelos confirmaron su decisión original, basada en el conocimiento, de limitarse a los titanatos de bario y itrio.
Los resultados de la IA también mostraron que la composición puede tener un mayor impacto en la conductividad térmica. "Esto nos orientó a preferir una de las dos regiones de composición identificadas por los cálculos energéticos para el trabajo experimental", dice Rosseinsky. Así, los investigadores sintetizaron un nuevo óxido, aún desconocido, compuesto por diez partes de bario, seis de itrio, cuatro de titanio y 27 de átomos de oxígeno.
El nuevo material resultó ser metaestable, y su estructura resultó ser especialmente sorprendente. En los cristales "normales", los átomos se disponen periódicamente. Sin embargo, en el nuevo material el equipo observó una estructura "cuasicristalina". Los cuasicristales tienen una disposición ordenada de los átomos, pero no una periodicidad tridimensional completa. Sólo cuando los cuasicristales se consideran en términos de "orden de largo alcance" puede reconocerse la periodicidad continua típica de los cristales. El equipo destacó la importancia de estos hallazgos: "Se han observado cuasicristales de óxido en las interfaces, sin embargo, el material presentado aquí es el primero que se ha propuesto como un cuasicristal en la masa".
El nuevo titanato resultó tener una conductividad térmica inferior a la de casi todos los demás óxidos de metales de transición conocidos de este tipo, y sólo un óxido de molibdeno con una estructura cristalina compleja dio mejores resultados. Los autores también explicaron la conductividad térmica de su material en términos teóricos, comparando el comportamiento del cuasicristal con el del vidrio. Los vidrios tienen una estructura material desordenada y se sabe que son buenos aislantes térmicos.
El equipo destacó el papel de desplegar un conjunto integrado de herramientas, basado en el conocimiento y la comprensión de la química, e incorporando modelos de aprendizaje automático. "Nuestro estudio muestra cómo la IA puede ayudar en la toma de decisiones para acelerar los descubrimientos", afirma Rosseinsky.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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