Menggunakan alur kerja pembelajaran mesin yang dikembangkan di rumah, para peneliti dapat menetapkan bahwa konduksi panas jauh lebih rumit daripada yang diperkirakan sebelumnya. Temuan menawarkan potensi untuk mengembangkan materi tertentu.
Bahan-bahan kompleks seperti semikonduktor organik atau kerangka kerja logam-organik mikro yang dikenal sebagai MOF sudah digunakan untuk berbagai aplikasi seperti tampilan OLED, sel surya, penyimpanan gas dan ekstraksi air. Namun demikian, mereka masih memiliki beberapa rahasia. Salah satunya sejauh ini merupakan pemahaman terperinci tentang bagaimana mereka mengangkut energi termal. Tim peneliti Egbert Zojer di Institute of Solid State Physics di Graz University of Technology (Tu Graz), bekerja sama dengan rekan -rekan dari Tu Wina dan University of Cambridge, kini telah memecahkan rahasia ini menggunakan contoh semikonduktor organik, membuka perspektif baru untuk pengembangan bahan inovatif dengan properti inovatif yang disesuaikan. Tim telah menerbitkan temuannya di jurnal terkemuka NPJ Computational Material.
Sedikit perhatian yang diberikan untuk memanaskan transportasi hingga sekarang
“Para ilmuwan telah melakukan penelitian tentang transportasi muatan di semikonduktor organik selama sekitar 40 tahun, tetapi tidak ada yang pernah benar -benar melihat mekanisme terperinci yang relevan dengan transportasi panas,” jelas Egbert Zojer. “Namun, sifat -sifat dasar bahan sangat menarik bagi kami dan wawasan yang telah kami peroleh ke dalam transportasi panas di semikonduktor organik juga secara langsung relevan untuk banyak bahan kompleks lainnya. Ini berlaku baik untuk bahan di mana konduktivitas termal rendah dimaksudkan untuk mencapai hal -hal yang sangat tinggi. tak tertandingi. ”
Tim peneliti mencapai terobosan ini dengan memanfaatkan pembelajaran mesin dalam konteks yang biasanya tidak dalam fokus ketika membahas aplikasi kecerdasan buatan. Alih-alih mencari korelasi dalam pengamatan empiris, para peneliti mencari kausalitas berdasarkan strategi yang telah mereka kembangkan di masa lalu untuk penggunaan potensi yang dipelajari dengan mesin yang sangat efisien. Mereka ingin mengetahui bagaimana dan mengapa panas didistribusikan dengan cara tertentu dalam suatu materi. Penjelasan sebelumnya untuk transportasi panas yang diasumsikan semata-mata transportasi fonon seperti partikel juga untuk bahan kristal kompleks seperti semikonduktor organik. Fonon dalam konteks ini adalah paket energi yang ditugaskan untuk getaran kisi, yang transportasinya biasanya dijelaskan sama dengan pengangkutan partikel gas. Namun, temuan baru menunjukkan bahwa mekanisme tambahan memainkan peran yang menentukan: transportasi tunneling fonon.
Panjang molekul adalah faktor penentu
Transportasi tunneling didasarkan pada karakter seperti gelombang getaran atom dalam padatan dan sangat penting dalam bahan kompleks dengan konduktivitas termal rendah. Telah ditunjukkan bahwa mekanisme transportasi ini menjadi lebih penting dengan ukuran molekul yang membentuk kristal semikonduktor organik.
“Anda dapat membayangkan bahwa transportasi panas tidak hanya ditentukan oleh tabrakan quanta getaran, tetapi juga oleh 'efek tunneling' yang memasangkan dua negara getaran terpisah satu sama lain,” kata Lukas Legenstein, penulis publikasi. “Temuan ini tidak hanya menjelaskan mengapa semikonduktor organik tertentu menunjukkan ketergantungan suhu rendah yang luar biasa dari konduktivitas termal mereka, tetapi juga memungkinkan desain bahan yang lebih bertarget dengan sifat termal spesifik. Kita sekarang dapat mempengaruhi konduksi panas dengan secara khusus merancang struktur molekul.” Sebagai akibatnya, para peneliti ingin menerapkan pengetahuan baru ini pada MOF serbaguna, karena transportasi panas memainkan peran penting dalam hampir semua aplikasi potensial untuk kelas bahan ini – bahkan lebih dari pada semikonduktor organik.
<
