Badacz ciągnie od przeszłości, by kształtować przyszłość badań nad szkłem

Anonim

Szkło jest częścią społeczeństwa od tysięcy lat, więc materiał ten łatwo staje się niewidzialny i niedostrzegany, ale naukowiec z Penn State opracował plan mapowania szklanego genomu i rozwoju przyszłości szkła.

Wysiłek jest częścią Inicjatywy Genomów Materiałowych, która próbuje podwoić szybkość opracowywania nowych materiałów.

John Mauro, profesor inżynierii materiałowej i inżynierii w Penn State, buduje zestaw narzędzi do modelowania predykcyjnego, łączących wiedzę z fizyki szkła i chemii, aby odwzorować bloki konstrukcyjne i właściwości szkła, podobnie jak próby zrozumienia ludzkiego genomu. Jego zespół buduje już solidne podstawy do zrozumienia składu szkła, struktury i relacji własności w przemysłowo istotnych systemach. Wyniki swoich badań podaje w najnowszym numerze Current Opinion in Solid State and Materials Science.

"Idea dekodowania szklanego genomu polega na tym, że obejmujemy wszystkie te różne podejścia do modelowania, od podstawowej fizyki poprzez modelowanie empiryczne i uczenie maszynowe" - powiedział Mauro. "Łącząc wszystkie te narzędzia razem, możemy uzyskać najlepsze modele dla wszystkich naszych właściwości szklanych, na których nam zależy. Następnie możemy wykorzystać tę nową wiedzę do ulepszenia obecnych kompozycji, a także do wprowadzenia nowych przestrzeni kompozycji."

Jednym z obszarów, który Mauro chce wzmocnić, jest współpraca między chemią szkła i społecznościami fizyków szklanych. Zrobił karierę, łącząc te dwa obszary i powiedział, że wzajemna zależność między chemią i fizyką będzie kluczem do lepszego zrozumienia szkła.

Koncepcja modeli uczenia maszynowego w celu przyspieszenia badań nad materiałami, w których zaawansowane komputery analizują pozornie niezliczone zmienne i kombinacje w poszukiwaniu nowych właściwości i zastosowań, istnieje od wielu lat. Ale ostatnio stała się siłą napędową ze względu na stale rosnącą moc obliczeniową.

Mauro powiedział, że wynalazcy tradycyjnie starają się dopasować szkło do specyficznych właściwości. Na przykład szkło Gorilla Glass, które Mauro pomógł zaprojektować, dodało siły cienkiej warstwie przezroczystego szkła. Jednak podejście genomowe pozwoli wynalazcom myśleć odmiennie, ponieważ podkreśli niezliczone potencjalne właściwości dostępne dzięki preparatom szklanym. Kompozycje szklane można następnie konstruować w unikalne materiały, aby spełnić surowe wymagania dotyczące przyszłych zastosowań.

"To bardzo różni się od prób projektowania szkła, które wymaga tylko jednego określonego zestawu właściwości, ponieważ często te właściwości docelowe ulegną zmianie", powiedział Mauro. "Dzięki podejściu genomowemu, bez względu na to, jak zmienia się cel, jesteś w stanie wymyślić coś, aby spełnić te wymagania."

Wykreślając listę obszarów, w których szkło wciąż jest najnowocześniejsze - wytwarzanie i magazynowanie energii, bardziej wydajne budynki, komponenty biomedyczne, nanomedyczne dostarczanie leków i komunikacja oraz technologia wyświetlania informacji - łatwo dostrzec znaczenie zrozumienia wszystkich potencjalnych właściwości szkła.

"Niektórzy ludzie nazywają szkło materiałem staroświeckim, ponieważ był używany przez tysiące lat" - powiedział Mauro. "Na przykład, uważamy okna szklane za oczywiste, ale jest dużo zaawansowanej chemii, fizyki i technologii inżynieryjnej, która idzie do produkcji zwykłego szkła okiennego. Jeśli chcemy opracować następną generację produktów szklanych, musimy opracować naprawdę głębokie zrozumienie szkła. "

menu
menu