圖片說(shuō)明：鈣鈦礦太陽(yáng)能電池
圖片來(lái)源：美國(guó)能源部網(wǎng)站
科技日?qǐng)?bào)記者?張佳欣
據(jù)11日《自然·通訊》雜志報(bào)道，美國(guó)麻省理工學(xué)院工程師開發(fā)的一種計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)大大加快了新合成電子材料的表征速度。該技術(shù)自動(dòng)分析印刷半導(dǎo)體樣品圖像，并快速估計(jì)每個(gè)樣品的兩個(gè)關(guān)鍵電子屬性：帶隙（衡量電子激活能的指標(biāo)）和穩(wěn)定性（衡量壽命的指標(biāo)）。這項(xiàng)新技術(shù)對(duì)電子材料的準(zhǔn)確表征比傳統(tǒng)方法提升了85倍。
提高太陽(yáng)能電池、晶體管、LED和電池的性能，需要更好的電子材料。科學(xué)家正在使用人工智能（AI）工具從數(shù)億種化學(xué)配方中識(shí)別有前途的材料。與此同時(shí)，工程師正在建造可以根據(jù)AI搜索算法標(biāo)記的化學(xué)成分，并一次打印數(shù)百個(gè)材料樣本的機(jī)器。但是，材料表征的最后一步一直是先進(jìn)材料篩選過(guò)程中的主要瓶頸。
一種新的電子材料被合成后，其性能的表征通常由領(lǐng)域?qū)＜覀冐?fù)責(zé)，他們每小時(shí)表征約20個(gè)材料樣本，這種手動(dòng)過(guò)程很精確，但也很耗時(shí)。
于是，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了兩種新的計(jì)算機(jī)視覺算法來(lái)自動(dòng)解釋電子材料圖像：一種用于估計(jì)帶隙，另一種用于確定穩(wěn)定性。第一種算法旨在處理來(lái)自高細(xì)節(jié)、高光譜圖像的視覺數(shù)據(jù)。第二種算法分析標(biāo)準(zhǔn)RGB圖像，并根據(jù)材質(zhì)顏色隨時(shí)間的變化來(lái)評(píng)估材質(zhì)的穩(wěn)定性。
該團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用這兩種新算法對(duì)大約70個(gè)印刷半導(dǎo)體樣品的帶隙和穩(wěn)定性進(jìn)行了表征。這些樣品含有不同成分比例的鈣鈦礦。運(yùn)用一種算法， 整個(gè)帶隙提取過(guò)程約需6分鐘。另一種算法還產(chǎn)生了一個(gè)可以衡量每個(gè)樣本耐久性的指數(shù)。
新算法帶隙和穩(wěn)定性的測(cè)量準(zhǔn)確率分別為98.5%和96.9%，與專家的手動(dòng)測(cè)量相比速度快85倍。
研究人員計(jì)劃將這項(xiàng)技術(shù)整合到全自動(dòng)材料篩選系統(tǒng)中，其應(yīng)用將涵蓋半導(dǎo)體材料的多個(gè)領(lǐng)域。
總編輯圈點(diǎn)
提速的意義是什么？簡(jiǎn)言之，是加速電子材料發(fā)現(xiàn)與優(yōu)化進(jìn)程上的一次飛躍。這項(xiàng)技術(shù)不僅簡(jiǎn)化了繁瑣的材料表征流程，更是在根本上縮短了新材料從實(shí)驗(yàn)室到實(shí)際應(yīng)用的時(shí)間，加速了材料科學(xué)的進(jìn)展。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度看，這次提速，也促使太陽(yáng)能電池、晶體管、LED及電池等技術(shù)加速提升其性能。
