Keramik KI sagt keramischen Wärmeisolator voraus

Redakteur: Peter Königsreuther

Materialforscher haben mithilfe von Künstlicher Intelligenz eine neuartige Keramikstruktur entdeckt, die den Weg zu thermoelektrisch wirkenden Materialien ebnen könnte. Details lesen Sie hier.

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Das ist der Atomare Aufbau eines Wärme isolierenden Titanats. Es ist eine Keramik mit quasikristallinem Aufbau, betont die Gesellschaft Deutscher Chemiker. Interessante Anwendungen werden dem mithilfe der Künstlichen Intelligenz gefundenem Material vorausgesagt.
Das ist der Atomare Aufbau eines Wärme isolierenden Titanats. Es ist eine Keramik mit quasikristallinem Aufbau, betont die Gesellschaft Deutscher Chemiker. Interessante Anwendungen werden dem mithilfe der Künstlichen Intelligenz gefundenem Material vorausgesagt.
(Bild: Wiley-VCH)

Auf der Suche nach Leitmaterialien mit besonderen Eigenschaften hat man jetzt unter Einsatz von Tools aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz (KI) eine besondere Keramikstruktur entdeckt. Die Forschenden betonen dieses Vorgehen ausdrücklich. Die neue Keramik fällt durch ihre niedrige Wärmeleitfähigkeit auf, betonen Experten der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh). Wie sie in der Zeitschrift Angewandte Chemie schreiben, hat das Material einen ungewöhnlichen quasikristallinen Aufbau. Dieser könnte auch den Weg zu thermoelektrisch wirkenden Materialien ebnen (Stichwort: Thermoelement), also zu Werkstoffen, die eine elektrische Spannung aufbauen, bloß weil ihre beiden Enden unterschiedliche Temperaturen haben. Die Forschenden heben dazu hervor, dass das neue Funktionsmaterial durch ein Verfahren mit KI gefunden wurde.

KI empfiehlt Mix aus vier Elementen

Keramiken mit niedriger Wärmeleitfähigkeit werden für Wärmeschutzbeschichtungen oder für thermoelektrische Anwendungen zur Gewinnung von elektrischem Strom aus Wärme gesucht, erklären die Experten. Den Impuls gab Matthew J. Rosseinsky, von der University of Liverpool in Großbritannien nebst Team. Sie untersuchten die Verbindungen von Titanaten. KI-Methoden sollten herausfinden helfen, welche Zusammensetzung ein Material mit einer besonders niedrigen Wärmeleitfähigkeit ergeben würde. Maschinelle Lernmodelle halfen dabei. Die Forscher trainierten diese an Keramiken mit bekannter Zusammensetzung und Wärmeleitfähigkeit.

Das Ergebnis der Suche bestätigte die ursprüngliche chemisch-intuitive und berechnete Eingrenzung auf die Gruppe der Barium-Yttrium-Titanate. Man synthetisierte daraufhin ein neues, wie es heißt, bislang unbekanntes Oxid. Es setzt sich aus zehn Anteilen Barium-, sechs Anteilen Yttrium-, vier Anteilen Titan- und 27 Anteilen von Sauerstoffatomen zusammen, wie man weiter erfährt.

Ordnung offenbart sich aus der Entfernung

Die Atome waren aber nicht wie in „normalen“ Kristallen periodisch angeordnet. Stattdessen identifizierte man eine „quasikristalline“ Struktur. Das heißt, die Atome sind zwar regelmäßig angeordnet, aber eine vollkommene Periodizität im dreidimensionalen Raum gibt es nicht. Erst wenn man sozusagen von etwas weiter weg betrachtet, erkennt man die durchgehend kristalltypische Periodizität.

Eine Messung der Wärmeleitfähigkeit ergab dann tatsächlich niedrigere Werte, als von fast allen anderen bekannten Übergangsmetalloxiden dieser Art her bekannt ist. Das Team kann die niedrige Wärmeleitfähigkeit auch theoretisch erklären: Demnach verhielt sich der Quasikristall glasähnlich. Gläser haben aber eine ungeordnete Materialstruktur und sind deshalb gute Wärmeisolatoren.

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