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华南理工褚衍辉团队CRPS:基于高通量方法和机器学习建立高熵碳化物的形成能力描述符 | Cell Press论文速递

CellPress细胞科学 • 2 年前 • 184 次点击  


物质科学

Physical science

高熵陶瓷被认为是无机化合物固溶体,其中的一个或多个Wyckoff位点被4种或4种以上元素占据,且每种元素的占比为5~35 at.%。自2015年被发现以来,高熵陶瓷因其巨大的组分空间、独特的微观结构以及可调节的性能等特征吸引了国内外研究学者的广泛关注。迄今为止,包括高熵氧化物、高熵碳化物和高熵硼化物等在内的多种高熵陶瓷体系已被开发。其中,高熵碳化物(HECs)因其出色的机械、物理和化学性能,例如超高熔点、高硬度高强度、优异的抗腐蚀性和抗辐射性以及良好的催化和等离子体性能等,被认为是应用于极端环境领域的理想候选材料。然而,受传统研发手段以及HECs巨大组分空间的限制,目前HECs的研究仍处于初步阶段,大量的HECs尚未开发。为了加速HECs的研究和开发,建立HECs的形成能力描述符至关重要。


近年来,实验结合机器学习(ML)方法的高通量策略被证实是建立形成能力描述符的有效方法。来自华南理工大学的褚衍辉教授团队在Cell Press细胞出版社期刊Cell Reports Physical Science上发表了题为“Formation ability descriptors for high-entropy carbides established through high-throughput methods and machine learning”的研究论文。本文基于高通量超快高温合成实验和ML方法,建立了一个高效的HECs形成能力描述符组合。该组合包含平均体积、体积差异、平均泊松比、泊松比差异、鲍林电负性、鲍林电负性差异、艾伦电负性差异和价电子浓度差异,其ML验证精度为93.4%,优于目前报道的各类描述符(至少高出25.3%)。

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图1 本文建立HECs形成能力描述符的流程图


图2 合成的(NbTaCrV)C (HEC-1)、(TiZrHfTaCr)C (HEC-2) 和 (NbTaVCrMoW)C (HEC-3)样品的XRD分析


图3 合成的HEC-1、HEC-2和HEC-3样品的TEM分析


图4 ML模型的超参数优化


图5 最佳SVM.poly模型的详细分析


图6 本文建立的形成能力描述符与目前报道的描述符之间的比较


基于高通量实验和计算,并结合ML方法和遗传算法,该工作建立了一个准确高效的HECs形成能力描述符组合。首先,通过自主研发的高通量超快高温合成装置制备了包含37种单相以及54种多相在内的91种HECs,同时,计算了22种形成能力描述符;然后,基于这些数据,并结合ML方法和遗传算法,从22种形成能力描述符中筛选出八种作为预测HECs相形成的最佳组合。该组合在预测HECs的相形成精度方面优于目前报道的描述符。该工作有望加速HECs的开发和设计。



相关论文信息

相关社论发表在CellPress细胞出版社旗下期刊Cell Reports Physical Science上,点击“阅读原文”或扫描下方二维码查看论文

论文标题:

Formation ability descriptors for high-entropy carbides established through high-throughput methods and machine learning

论文网址:

https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(23)00296-5

DOI:

https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2023.101512

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