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武理工90后博導(dǎo)，聯(lián)手清華院士團(tuán)隊(duì)，最新Nature子刊！

第一作者：沈忠慧，Wei Li

通訊作者：沈忠慧，南策文

通訊單位：武漢理工大學(xué)，清華大學(xué)

沈忠慧，武漢理工大學(xué)材料科學(xué)與工程國際化示范學(xué)院特聘研究員、特設(shè)教授。主要研究方向：1. 介電、鐵電、壓電材料的多尺度模擬；2.“數(shù)據(jù)+機(jī)器學(xué)習(xí)”驅(qū)動(dòng)的功能材料智能研發(fā)。獎(jiǎng)勵(lì)情況：2022年，高儲(chǔ)能納米復(fù)合電介質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與可控制備，教育部自然科學(xué)獎(jiǎng)，一等獎(jiǎng)；2020年，湖北省青年人才計(jì)劃；2019年，中國科協(xié)青年人才托舉工程。（信息來源：http://smse.whut.edu.cn/yjspy/dsdw/202403/t20240315_986913.shtml）

南策文，中國科學(xué)院院士，發(fā)展中國家科學(xué)院院士，材料科學(xué)專家，清華大學(xué)材料學(xué)院教授?，F(xiàn)任清華大學(xué)材料科學(xué)與工程研究院院長，兼任國際陶瓷聯(lián)盟(ICF)理事長、中國硅酸鹽學(xué)會(huì)副理事長等。研究領(lǐng)域：多鐵性材料與器件、有機(jī)－無機(jī)復(fù)合功能材料、鋰電池用鋰離子固態(tài)電解質(zhì)及正極材料、過渡金屬氧化物、材料顯微結(jié)構(gòu)-性能關(guān)聯(lián)計(jì)算及預(yù)測。（信息來源：https://www.mse.tsinghua.edu.cn/info/1023/1039.htm?urltype=tree.TreeTempUrl&wbtreeid=1121）

論文速覽

介電電容器以高功率密度為先進(jìn)電子設(shè)備提供了巨大的潛力，但它們的能量密度仍需要進(jìn)一步提高。高熵策略已成為提高能量存儲(chǔ)性能的有效方法，但在高維組成空間內(nèi)發(fā)現(xiàn)新的高熵系統(tǒng)，對(duì)于傳統(tǒng)的試錯(cuò)實(shí)驗(yàn)來說面臨艱巨挑戰(zhàn)。

本研究基于相場模擬和有限的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提出了生成學(xué)習(xí)方法，以加速在超過10¹¹種組合的無限探索空間中發(fā)現(xiàn)高熵電介質(zhì)。

通過編碼-解碼潛在空間規(guī)律性以促進(jìn)數(shù)據(jù)采樣和前向推理，采用逆向設(shè)計(jì)通過排名策略篩選出最有希望的組合。僅通過5組有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)，研究者們獲得了基于Bi(Mg_0.5Ti_0.5)O₃的高熵電介質(zhì)薄膜，其能量密度顯著提高至156 J cm^-3，比原始薄膜提高了8倍以上。

本工作為設(shè)計(jì)高熵電介質(zhì)提供了有效且創(chuàng)新的途徑，極大減少了實(shí)驗(yàn)周期，并且也可以擴(kuò)展到加速設(shè)計(jì)其他具有所需屬性的多組分材料系統(tǒng)。

圖文導(dǎo)讀

圖1：相場模擬研究構(gòu)型熵（Sconfig）對(duì)能量存儲(chǔ)性能的影響。

圖2：高熵設(shè)計(jì)的生成學(xué)習(xí)框架概覽。

圖3：BMT和C-n薄膜的相結(jié)構(gòu)和電性能分析。

圖4：C-n薄膜的能量存儲(chǔ)性能和循環(huán)穩(wěn)定性評(píng)估。

總結(jié)展望

本研究有效地在有限的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過生成學(xué)習(xí)框架，快速發(fā)現(xiàn)了具有高能量存儲(chǔ)性能的高熵電介質(zhì)材料。通過僅5組針對(duì)性實(shí)驗(yàn)，研究者們獲得了顯著提高能量密度的高熵電介質(zhì)薄膜，其能量密度達(dá)到156 J cm^-3，比原始BMT薄膜提高了8倍以上。

此外，高熵薄膜還展現(xiàn)出優(yōu)異的疲勞特性以及溫度和頻率穩(wěn)定性，顯示出在能量存儲(chǔ)電容器中應(yīng)用的巨大潛力。該方法不僅顯著減少了整體實(shí)驗(yàn)周期時(shí)間，而且為設(shè)計(jì)具有復(fù)雜組分的材料系統(tǒng)開辟了新途徑。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Generative learning facilitated discovery of high-entropy ceramic dielectrics for capacitive energy storage

期刊：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-49170-8

原創(chuàng)文章，作者：wang，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/06/13/c5d94606db/

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