Procurando por materiais de chumbo com propriedades específicas, pesquisadores desenvolveram um fluxo de trabalho que incorpora inteligência artificial para orientar a descoberta de uma nova estrutura de cerâmica com condutividade térmica particularmente baixa. Como eles explicam no jornal Angewandte Chemie , o material tem uma estrutura quasicristalina incomum, potencialmente pavimentando o caminho para novos materiais termoelétricos e isolantes de calor.

Cerâmicas com baixa condutividade térmica são constantemente procuradas para revestimentos de proteção térmica ou aplicações termoelétricas. Em outras palavras, para gerar corrente de calor. Matthew J. Rosseinsky, da Universidade de Liverpool, REINO UNIDO, e seus colegas, tomou o grupo químico dos titanatos como ponto de partida nesta pesquisa. Com base em cálculos de energia, eles concentraram sua pesquisa em titanatos contendo frações de óxidos de ítrio e bário.

Para restringir candidatos com composições que dariam um material com condutividade térmica potencialmente ainda mais baixa, os pesquisadores se voltaram para a inteligência artificial, treinamento de modelos de aprendizado de máquina com cerâmicas de composição e condutividade térmica conhecidas. Os modelos confirmaram sua decisão original baseada no conhecimento de se limitar aos titanatos de bário-ítrio.

Os resultados de IA também mostraram que a composição pode ter impacto adicional na condutividade térmica. "Isso nos orientou a preferir uma das duas regiões de composição identificadas pelos cálculos de energia para o trabalho experimental, "Rosseinsky diz. Assim, os pesquisadores sintetizaram um novo óxido, ainda desconhecido, composto de dez partes de bário, seis partes de ítrio, quatro partes de titânio, e 27 partes de átomos de oxigênio.

O novo material acabou por ser metaestável, e sua estrutura provou ser particularmente surpreendente. Em cristais "normais", os átomos são organizados periodicamente. Contudo, no novo material, a equipe observou uma estrutura "quasicristalina". Os quasicristais têm um arranjo ordenado de átomos, mas não a periodicidade tridimensional completa. Somente quando os quasicristais são considerados em termos de "ordem de longo alcance", a periodicidade contínua típica dos cristais pode ser reconhecida. A equipe destacou a importância dessas descobertas:"Quasicristais de óxido foram observados nas interfaces, Contudo, o material apresentado aqui é o primeiro que foi proposto como um quasicristal a granel. "

O novo titanato foi encontrado para ter uma condutividade térmica mais baixa do que quase todos os outros óxidos de metal de transição conhecidos deste tipo, com apenas um óxido de molibdênio com uma estrutura cristalina complexa dando melhores resultados. Os autores também explicaram a condutividade térmica de seu material em termos teóricos, comparando o comportamento do quasicristal ao do vidro. Os vidros têm uma estrutura de material não ordenada, e são conhecidos por serem bons isolantes térmicos.

A equipe enfatizou o papel de implantar um conjunto integrado de ferramentas, com base no conhecimento e compreensão da química, e incorporar modelos de aprendizado de máquina. "Nosso estudo mostra como a IA pode ajudar na tomada de decisões para acelerar a descoberta, "Rosseinsky diz.