国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

研究背景

電氣化領(lǐng)域需要能夠在高溫和強(qiáng)電場(chǎng)條件下穩(wěn)定工作的高性能介電聚合物，但現(xiàn)有材料存在熱穩(wěn)定性差和高溫下性能下降的缺陷。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)材料如聚丙烯在溫度高于150 °C時(shí)性能顯著降低，而商業(yè)聚酰亞胺、聚醚酰亞胺等高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）的材料在高溫和強(qiáng)電場(chǎng)下由于熱激發(fā)的電荷傳輸，性能也明顯退化。傳統(tǒng)聚合物設(shè)計(jì)方法依賴經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)，效率低下，難以滿足高性能材料快速發(fā)展的需求。通過(guò)集成機(jī)器學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可加速耐熱聚砜等高性能材料的發(fā)現(xiàn)，以滿足電氣化的嚴(yán)苛應(yīng)用需求。

成果簡(jiǎn)介

基于此，勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室劉毅研究員、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校李穎教授、美國(guó)斯克利普斯研究所K. Barry Sharpless教授等人合作提出了一種結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的高效工作流程，以快速篩選并合成高性能耐熱聚砜。該研究以“Machine learning-accelerated discovery of heat-resistant polysulfates for electrostatic energy storage”為題，發(fā)表在《Nature Energy》期刊上。這一突破為下一代高溫儲(chǔ)能電容器的輕量化提供了關(guān)鍵材料，開(kāi)辟了通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)加速功能性聚合物開(kāi)發(fā)的新方向。

研究亮點(diǎn)

1、創(chuàng)新性機(jī)器學(xué)習(xí)加速材料篩選策略：研究構(gòu)建了前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（FNN）模型，針對(duì)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）和帶隙（Eg）等關(guān)鍵性能指標(biāo)，從5萬(wàn)種聚砜候選材料中快速篩選出高性能材料。結(jié)合硫氟交換化學(xué)（SuFEx），實(shí)現(xiàn)了快速合成與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為高效材料發(fā)現(xiàn)提供了新方式。

2、突破性的高溫儲(chǔ)能性能：所開(kāi)發(fā)的聚砜材料在200 °C高溫下展現(xiàn)出卓越的儲(chǔ)能密度（6.37 J/cm3）和高的能量利用效率，并在極端高溫和強(qiáng)電場(chǎng)條件下保持優(yōu)異的介電穩(wěn)定性，顯著超越當(dāng)前商業(yè)介電聚合物。

3、廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景：本文設(shè)計(jì)的材料不僅具備高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（超過(guò)300 °C）和低損耗特性，還可制備柔性薄膜，支持在電動(dòng)汽車、航空航天等苛刻環(huán)境中的應(yīng)用，為下一代高溫儲(chǔ)能電容器開(kāi)發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖文導(dǎo)讀

牛！他，兩次摘取諾貝爾獎(jiǎng)，新發(fā)Nature Energy！機(jī)器學(xué)習(xí)賦能材料創(chuàng)新！

圖1 聚砜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1展示了一個(gè)高效的材料開(kāi)發(fā)工作流程，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)加速耐熱聚砜的篩選和優(yōu)化。首先，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)包含近50,000種聚砜的化學(xué)庫(kù)，這些候選材料通過(guò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化了主鏈結(jié)構(gòu)和取代基的多樣性。隨后，利用前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（FNN）模型對(duì)這些材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）和帶隙（Eg）進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而篩選出熱穩(wěn)定性和電化學(xué)性能優(yōu)異的候選材料。

為了實(shí)現(xiàn)快速合成，研究團(tuán)隊(duì)采用硫氟交換化學(xué)（SuFEx）反應(yīng)，通過(guò)模塊化反應(yīng)路徑高效制備了篩選出的聚砜。最后，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這些聚砜在高溫環(huán)境下的性能，特別是P6材料的卓越表現(xiàn)，包括高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（超過(guò)300 °C）和優(yōu)異的儲(chǔ)能性能（6.37 J/cm3）。這一工作流程整合了機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)和點(diǎn)擊化學(xué)的高效特性，大幅提升了材料發(fā)現(xiàn)效率，為耐熱高分子材料的快速開(kāi)發(fā)提供了全新解決方案。

圖 2 ?基于機(jī)器學(xué)習(xí)的熱性能和電子性能預(yù)測(cè)

圖2展示了利用機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)聚砜候選材料進(jìn)行化學(xué)空間分析與性能篩選的過(guò)程。通過(guò)t-SNE降維方法，研究團(tuán)隊(duì)將高維的聚砜化學(xué)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)映射到二維平面，以可視化候選材料的分布特性?；疑c(diǎn)表示訓(xùn)練數(shù)據(jù)，藍(lán)色點(diǎn)為尚未篩選的候選材料，紅色點(diǎn)為通過(guò)優(yōu)化選擇的重點(diǎn)聚砜材料。結(jié)合玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）和帶隙（Eg）的預(yù)測(cè)結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)評(píng)估了模型在性能預(yù)測(cè)中的準(zhǔn)確性，驗(yàn)證了模型對(duì)材料性質(zhì)的高效預(yù)測(cè)能力（Tg和Eg的擬合度分別達(dá)到R2 = 0.99和R2 = 0.92）。

此外，通過(guò)設(shè)置Tg > 300 °C、Eg > 3.75 eV以及介電常數(shù)（k）和合成可行性（SA）的篩選標(biāo)準(zhǔn)，最終從近50,000種候選材料中篩選出6種性能優(yōu)異的聚砜，其中P6因其卓越的熱穩(wěn)定性和電性能而脫穎而出。這種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的高效篩選方法不僅顯著提升了材料篩選效率，還為耐熱高分子材料的快速開(kāi)發(fā)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

圖3 聚砜的介電性能

圖3展示了聚砜材料（尤其是P6）在高溫條件下的介電性能和熱穩(wěn)定性表現(xiàn)，并與商業(yè)介電聚合物如Kapton PI和PEI進(jìn)行了對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，P6在200 °C下依然保持穩(wěn)定的介電常數(shù)（k ~3.37），且其介電損耗（tan δ）低至0.2%，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)聚合物。這表明P6在高溫環(huán)境中具有卓越的介電穩(wěn)定性和低損耗特性。

此外，P6的擊穿強(qiáng)度在高溫環(huán)境下達(dá)到695 MV/m，遠(yuǎn)超商業(yè)材料，體現(xiàn)出優(yōu)異的電絕緣性能和可靠性。圖中還通過(guò)對(duì)比溫度與介電性能的變化曲線，詳細(xì)展示了P6在不同溫度下的性能穩(wěn)定性，與其他材料相比，P6的溫度系數(shù)（CT）低至0.013%/°C，進(jìn)一步驗(yàn)證了其在高溫下的電性能優(yōu)勢(shì)。

這些結(jié)果證明，P6具有極高的熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性，可作為下一代高溫儲(chǔ)能電容器材料的理想候選者，為電動(dòng)汽車和航空電子等高溫環(huán)境下的儲(chǔ)能需求提供了有效解決方案。

圖4 靜電儲(chǔ)能性能與可靠性

圖4展示了P6材料在高溫和高電場(chǎng)條件下的儲(chǔ)能性能及循環(huán)穩(wěn)定性。研究表明，P6在200 °C和200 MV/m電場(chǎng)下的儲(chǔ)能密度高達(dá)6.37 J/cm3，同時(shí)充放電效率超過(guò)90%，表現(xiàn)顯著優(yōu)于當(dāng)前商業(yè)介電聚合物。在更高電場(chǎng)（如400 MV/m）下，P6仍能維持高儲(chǔ)能能力和效率，且性能極為穩(wěn)定。在10萬(wàn)次循環(huán)測(cè)試中，P6的儲(chǔ)能性能下降幅度不足0.5%，表現(xiàn)出卓越的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，圖中還展示了P6薄膜的均勻性與加工質(zhì)量，驗(yàn)證了其在工業(yè)規(guī)模上的可行性。通過(guò)與其他高性能聚合物對(duì)比，P6在儲(chǔ)能密度、充放電效率和長(zhǎng)期可靠性方面全面超越了傳統(tǒng)材料，如Kapton PI和PEI等。P6的優(yōu)異性能為高溫儲(chǔ)能電容器的發(fā)展提供了可靠支持，并展現(xiàn)了其在電動(dòng)汽車和航空電子等高溫苛刻應(yīng)用場(chǎng)景中的潛力，為未來(lái)高溫儲(chǔ)能技術(shù)開(kāi)辟了新的方向。

結(jié)論展望

本研究通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)與硫氟交換化學(xué)（SuFEx）的結(jié)合，快速篩選并合成了性能優(yōu)異的耐熱聚砜材料（如P6），展現(xiàn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)材料發(fā)現(xiàn)方法的巨大潛力。P6材料在200 °C高溫下表現(xiàn)出卓越的儲(chǔ)能性能、高介電穩(wěn)定性和極低的能量損耗，同時(shí)具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和工業(yè)化加工潛力。這些特性使其成為下一代高溫儲(chǔ)能電容器的理想候選材料，為解決電動(dòng)汽車、航空電子等苛刻環(huán)境下的儲(chǔ)能需求提供了有效解決方案。

隨著機(jī)器學(xué)習(xí)算法的不斷優(yōu)化和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的擴(kuò)展，該方法有望進(jìn)一步加速多功能高分子材料的開(kāi)發(fā)，為更多高性能材料的探索與應(yīng)用提供方向，推動(dòng)儲(chǔ)能技術(shù)的持續(xù)發(fā)展。

文獻(xiàn)信息

Machine learning-accelerated discovery of heat-resistant polysulfates for electrostatic energy storage. Nature Energy,

原創(chuàng)文章，作者：zhan1，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/12/09/b3cd3ef431/

国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

牛！他，兩次摘取諾貝爾獎(jiǎng)，新發(fā)Nature Energy！機(jī)器學(xué)習(xí)賦能材料創(chuàng)新！

相關(guān)推薦

牛！他，兩次摘取諾貝爾獎(jiǎng)，新發(fā)Nature Energy！機(jī)器學(xué)習(xí)賦能材料創(chuàng)新！