LONDON (IT BOLTWISE) – In einem bedeutenden Fortschritt für die Materialwissenschaften hat ein interdisziplinäres Forschungsteam der Empa die atomaren Geheimnisse von amorphem Aluminiumoxid gelüftet. Durch den Einsatz von maschinellem Lernen und innovativen Experimenten konnten die Forschenden die komplexe Struktur dieses Materials erstmals präzise modellieren.
Amorphes Aluminiumoxid ist ein Material, das trotz seiner weit verbreiteten Anwendung in der Industrie auf atomarer Ebene bisher wenig verstanden wurde. Ein Forschungsteam der Empa hat nun einen Durchbruch erzielt, indem es die ungeordnete Struktur dieses Materials mit Hilfe von maschinellem Lernen und experimentellen Daten modellierte. Diese Erkenntnisse könnten die Tür zu neuen Anwendungen in der High-Tech-Industrie öffnen.
Aluminiumoxid ist in der Materialwissenschaft gut bekannt, insbesondere in seiner kristallinen Form, die in Mineralien wie Korund vorkommt. Die amorphe Variante hingegen, die keine regelmäßige atomare Struktur aufweist, stellt eine Herausforderung dar. Diese Form des Aluminiumoxids ist besonders interessant für Anwendungen, die eine gleichmäßige Schutzbeschichtung erfordern, wie etwa in der Elektronik oder in der chemischen Industrie.
Die Empa-Forscher, unter der Leitung von Vladyslav Turlo, haben ein Modell entwickelt, das die atomare Anordnung in amorphen Al2O3-Schichten beschreibt. Dieses Modell kombiniert experimentelle Daten mit Hochleistungssimulationen und maschinellem Lernen, um die Verteilung von Wasserstoffatomen im Material zu verstehen. Wasserstoff, ein schwer zu messendes Element, beeinflusst die Materialeigenschaften erheblich, indem es die Dichte des Aluminiumoxids verändert.
Ein bemerkenswerter Aspekt dieser Forschung ist das Potenzial von amorphem Aluminiumoxid in der Herstellung von grünem Wasserstoff. Die Fähigkeit, Wasserstoff effizient von Sauerstoff zu trennen, ist entscheidend für die Entwicklung effektiver Filtermaterialien. Das neue Modell der Empa bietet Einblicke, wie der Wasserstoffgehalt die Diffusion von gasförmigem Wasserstoff begünstigt, was für die Entwicklung von Wasserstoffmembranen von großer Bedeutung ist.
Die Ergebnisse dieser Forschung wurden in der Fachzeitschrift „npj Computational Materials“ veröffentlicht und könnten weitreichende Auswirkungen auf die Materialwissenschaft haben. Durch die genaue Simulation amorpher Materialien wird es möglich, deren Eigenschaften gezielt zu optimieren und neue Anwendungen zu erschließen. Die Empa-Forscher planen, ihre Erkenntnisse auf andere amorphe Materialien zu übertragen, um deren Potenzial voll auszuschöpfen.
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