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研究前沿:北京科技大学/南京理工大学 机器学习-高熵BNT铁电 | Nature Communications

今日新材料  · 公众号  ·  · 2025-02-03 00:00

正文

(引子:1 熵:描述系统无序程度的物理量。

2 高熵合金的“高熵”是指在原子尺度上的化学无序或者拓扑无序,即合金的原子排列混乱度高,处于一个无序状态。

3 高熵策略的核心思想是通过引入多种元素到材料中,形成高化学无序的结构,从而优化材料性能)

高熵策略,可用于提高先进电气和电子系统中的弛豫器电容储能性能。然而,由于广泛的组成空间,探索高性能的高熵系统,提出了挑战。
近日,北京科技大学联合南京理工大学等,在Nature Communications上发文,基于机器学习筛选,在高熵无铅弛豫陶瓷中,报道了20.7Jcm-3高能量存储密度和86%高效率。
基于实验数据,建立了包含关键描述符的随机森林回归模型,用于预测和筛选高熵体系的元素和化学组成。基于基础实验,确定了一种(Bi0.5Na0.5)TiO3基高熵弛豫体,特征为细晶粒、弱耦合和小尺寸极性团簇。这导致了近线性极化行为和95kVmm-1超高击穿强度。
这种高熵弛豫体,在约27ns放电速率时,表现出了7.7Jcm-3高放电能量密度,以及优异温度和疲劳稳定性。这一结果,高效探索了高性能高熵弛豫的数据驱动模型,以及在开发高熵弛豫体中,机器学习的应用潜力。

第一作者:Xingcheng Wang, Ji Zhang, Xingshuai Ma.

通讯作者:刘辉Hui Liu & 陈骏Jun Chen

通讯单位:北京科技大学、南京理工大学

Machine learning assisted composition design of high-entropy Pb-free relaxors with giant energy-storage.

机器学习辅助的高熵无铅巨储能弛豫剂组成设计。


图1: 基于机器学习和实验验证组合,探索高储能性能的BNT基高熵组合物示意图。


图2: 基于电子显微镜技术,高熵样品A的微观结构分析。


图3: 厚度约为50μm块体陶瓷和面积约为0.8mm2电极测量的高熵样品A储能能力。


图4: 高熵样品的稳定性和充放电储能性能评价。

文献链接

Wang, X., Zhang, J., Ma, X. et al. Machine learning assisted composition design of high-entropy Pb-free relaxors with giant energy-storage. Nat Commun 16, 1254 (2025).

https://doi.org/10. 1038/s41467-025-56443-3

本文译自Nature。

来源:今日新材料

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