Um extenso banco de dados experimental de materiais inorgânicos de filme fino que organiza uma década de pesquisas no Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia está agora disponível ao público.

O banco de dados de materiais experimentais de alto rendimento (HTEM) contém mais de 140, 000 entradas de amostras coletadas por cientistas do NREL que investigam materiais inorgânicos para uso em aplicações de energia avançadas, como células solares de película fina. As entradas fornecem detalhes sobre a estrutura, químico, e propriedades optoeletrônicas dos materiais, e suas condições de síntese. Mais da metade desses dados estão disponíveis online em htem.nrel.gov.

"Todos os bancos de dados experimentais existentes contêm muitas entradas ou têm todas essas informações de propriedade, mas não ambos, "disse Andriy Zakutayev, um cientista do Centro de Ciência de Materiais do NREL, que se dedica ao desenvolvimento de novos materiais e dispositivos para células solares e outras tecnologias de energia renovável. Zakutayev e Caleb Phillips, um cientista de dados do Centro de Ciência da Computação do NREL, liderou o artigo recém-publicado "Um banco de dados experimental aberto para explorar materiais inorgânicos."

Publicado em Dados Científicos , o artigo também foi coautor de Nick Wunder, Marcus Schwarting, John Perkins, Robert White, Kristin Munch, e William Tumas, tudo do NREL. Tumas é diretor do Center for Next Generation of Materials Design, um Centro de Pesquisa de Fronteira de Energia financiado pelo Departamento de Energia, que tem a tarefa de descobrir novos materiais de energia.

Ao trabalhar em novos materiais, os cientistas sintetizam muitas amostras, mas apenas uma fração do que aprenderam ao longo do caminho é publicada. Perkins, um cientista sênior do Centro de Ciência de Materiais, estima que informações sobre menos de 10 por cento das amostras chegam a um jornal científico. "Você realmente só escreve artigos de jornal sobre materiais que funcionaram, " ele disse, adicionar as informações que não foram publicadas também pode ser útil para os esforços de pesquisa.

"Nossa crença é que colocar todos esses dados em domínio público aceleraria o avanço da ciência material, em particular por pesquisadores sem acesso a equipamentos experimentais caros, tanto nos Estados Unidos como em todo o mundo, "Perkins disse.

Historicamente, cientistas fizeram uma amostra de cada vez, medi, analisou os dados, e depois fiz outro. Mas os avanços tecnológicos em equipamentos de pesquisa e controles de computador permitiram aos pesquisadores coletar mais dados com mais rapidez. Uma película fina quadrada medindo 2 polegadas de lado pode ter 100 pontos de dados porque tais "bibliotecas" de amostras são feitas intencionalmente com gradientes na composição química, temperatura de síntese, ou espessura do filme, por exemplo. "Fazendo essa pesquisa combinatória sistematicamente ao longo de muitos anos, para diferentes projetos com objetivos diferentes, é o que permitiu a criação deste banco de dados, "Zakutayev disse.

Este exemplo de um experimento combinatório de alto rendimento permite que os dados sejam coletados em volumes e taxas maiores do que nunca e leva à oportunidade de aprendizado de máquina para agilizar ainda mais a análise.

"Se você quisesse saber a condutividade elétrica de uma combinação específica de elementos químicos antes de realmente fazer o material e medi-lo, você pode usar o algoritmo de aprendizado de máquina para prever essa quantidade, "disse Phillips.

O banco de dados HTEM se baseia em quase uma década de experimentos de filme fino no NREL. Mesmo os dados que foram publicados, mas não de uma forma que possa ser pesquisada, foi digitalizado e adicionado ao banco de dados. "Depois que tudo estiver reunido, é um trabalho não trivial curá-lo e obtê-lo de uma forma que possa ser analisado e compreendido, "Phillips disse, acrescentando que é aqui que estão as oportunidades futuras.

Agora, Phillips, Perkins, e Zakutayev estão participando de um esforço colaborativo entre o NREL e o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia para implantar uma rede de ferramentas experimentais de alto rendimento que permitiria aos pesquisadores colaborar virtualmente na síntese e análise de novos materiais, com resultados sendo adicionados a bancos de dados como este. O projeto piloto foi apelidado de Colaboração de Materiais Experimentais de Alto Rendimento.

Desenvolvimento, curadoria e preenchimento do banco de dados HTEM foi apoiado pelo programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório do NREL, o Escritório de Ciência do Departamento de Energia, e o Escritório de Eficiência Energética e Energia Renovável.