RM Rudolf Müller

Künstliche Intelligenz kann bei wissenschaftlichen Entscheidungen helfen, die den Entdeckungsprozess beschleunigen. (Quelle: RAEng_Publications auf Pixabay)

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28. Juni 2021 | Artikel teilen Artikel teilen

Mithilfe von KI: Keramikstruktur mit besonders niedriger Wärmeleitfähigkeit entdeckt

Britische Forscherinnen und Forscher sind mittels künstlicher Intelligenz (KI) auf eine Keramikstruktur mit besonders niedriger Wärmeleitfähigkeit gestoßen. Das Material hat einen ungewöhnlichen quasikristallinen Aufbau, der auch den Weg zu neuen wärmeisolierenden Materialien ebnen könnte.

Keramiken mit niedriger Wärmeleitfähigkeit kommen u.a. bei der Wärmeschutzbeschichtung zum Einsatz. Auf der Suche nach Leitmaterialien mit besonderen Eigenschaften hat ein Team aus Forschenden der University of Liverpool eine Keramikstruktur mit besonders niedriger Wärmeleitfähigkeit entdeckt. Das Besondere: Dabei kam Künstliche Intelligenz zum Einsatz.

Ausgangspunkt war die Verbindungsklasse der Titanate. Durch Berechnung der Energien grenzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zunächst die Suche auf Titanate mit Anteilen von Yttriumoxid und Bariumoxid ein. KI sollte nun herausfinden, welche Zusammensetzung ein Material mit besonders niedriger Wärmeleitfähigkeit ergeben würde. Dafür wandte das Team maschinelle Lernmodelle an und trainierten sie an Keramiken mit bekannter Zusammensetzung und Wärmeleitfähigkeit.

Quasikristalline Struktur reduziert Wärmeleitfähigkeit

Wärmeisolierendes Titanat (Quelle: Wiley-VCH)

Die Ergebnisse zeigten, dass die chemische Zusammensetzung die Wärmeleitfähigkeit beeinflussen kann. „Die KI stieß uns auf genau eine der beiden Regionen mit vielversprechender Zusammensetzung aus der Energieberechnung“, sagt Forscher Matthew J. Rosseinsky. Er und sein Team synthetisierten daraufhin ein neues, bislang unbekanntes Oxid. Das neue Material war metastabil und besaß eine quasikristalline Struktur. „Oxidische Quasikristalle wurden an Grenzflächen bereits beobachtet. Das ist aber das erste Material, das durchgehend, also nicht nur an der Oberfläche, als Quasikristall identifiziert wird.“

Eine Messung der Wärmeleitfähigkeit ergab niedrigere Werte als von fast allen anderen bekannten Übergangsmetalloxiden dieser Art – lediglich ein Molybdänoxid mit komplizierter Kristallstruktur leitete die Wärme noch weniger. Das Team konnte die niedrige Wärmeleitfähigkeit auch theoretisch erklären. Demnach verhielt sich der Quasikristall glasähnlich. Gläser haben eine ungeordnete Materialstruktur und sind als gute Wärmeisolatoren bekannt.

Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.
www.gdch.de

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