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 數(shù)十年來，通過對無機薄膜材料領(lǐng)域不斷地探索，美國能源部可再生能源實驗室（NREL）向全球推出了強大的實驗數(shù)據(jù)庫，提供無機薄膜材料相關(guān)信息。

高通量實驗材料（HTEM）數(shù)據(jù)庫來自于NREL科學(xué)家的精心收集，涵蓋了140,000多個樣品數(shù)據(jù)，這些樣品數(shù)據(jù)包含了無機材料的結(jié)構(gòu)、化學(xué)與光電子性質(zhì)以及合成條件等詳細(xì)信息。其中，有一半以上的數(shù)據(jù)可在htem.nrel.gov網(wǎng)站獲得，為先進(jìn)能源材料（如薄膜太陽能電池）打下了良好的科學(xué)基礎(chǔ)。

NREL材料科學(xué)中心的科學(xué)家Andriy Zakutayev表示：“就目前來看，以往的實驗數(shù)據(jù)庫要么只含有樣品名單，要么只含有樣品性質(zhì)等信息，并不會兩者兼?zhèn)?rdquo;。該研究中心致力于開發(fā)太陽能電池和其他可再生能源技術(shù)的新材料與器件。因此，Zakutayev和NRB計算科學(xué)中心的數(shù)據(jù)科學(xué)家Caleb Phillips共同發(fā)表了一篇文章，題為“探索無機材料的開放性實驗數(shù)據(jù)庫”。

該文章刊登在《科學(xué)數(shù)據(jù)》上，該課題的其他成員有Nick Wunder，Marcus Schwarting，John Perkins，Robert White，Kristin Munch和William Tumas，均來自NREL。Tumas是能源前沿研究中心的主任，負(fù)責(zé)研發(fā)新能源材料。

除此之外，研究人員還合成了許多樣品，但比起歷年發(fā)表過的文章，他們做的東西還只是冰山一角。帕金斯作為材料科學(xué)中心的資深科學(xué)家，據(jù)他估計，只有不到10％的樣本信息能發(fā)表在科學(xué)期刊上。他說： “已發(fā)表的相關(guān)期刊文章均能為新材料研究方向提供一定幫助，未被發(fā)表的信息也并非一無是處，它們對研究工作還是有用的。”

珀金斯解釋道：“我們的理念是，將所有這些數(shù)據(jù)公開化，以推動材料科學(xué)的發(fā)展，特別為那些無法使用昂貴實驗設(shè)備測量的研究人員提供幫助，包括美國和世界各地”。

傳統(tǒng)而言，科學(xué)家每做出一個樣本，就要對它測量并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而對其工藝進(jìn)行改進(jìn)以制備出另一個新的樣本。而設(shè)備的研究以及計算機控制技術(shù)的進(jìn)步可以幫助研究人員更快地收集數(shù)據(jù)。例如，對2英寸的方形薄膜側(cè)面測量可獲得100個數(shù)據(jù)點，從而建立起一個包含了該膜化學(xué)結(jié)構(gòu)、合成溫度以及厚度梯度等參數(shù)的樣品庫。Zakutayev表示：“因此，可針對不同目標(biāo)、不同項目進(jìn)行系統(tǒng)地組合，并建立數(shù)據(jù)庫”。

比起以往，這種高通量組合實驗?zāi)Ｊ揭愿蟮臄?shù)量和速率收集數(shù)據(jù)，加速現(xiàn)有材料數(shù)據(jù)獲取和驗證，并在大幅提升預(yù)測能力的同時開發(fā)出新的、更復(fù)雜的模型。

菲利普斯說：“如果你想知道在實際制作和測量之前材料是如何導(dǎo)電的，那么可以使用機器學(xué)習(xí)算法來預(yù)測這些數(shù)據(jù)。”

HTEL數(shù)據(jù)庫的建立得益于NREL近十年薄膜實驗的經(jīng)驗。數(shù)據(jù)以數(shù)字化的形式儲存在數(shù)據(jù)庫中。菲利普斯說：“一旦數(shù)據(jù)被作成可分析、可解析的形式，那么這將是一項不平凡的工作，對未來而言不僅是機遇還是挑戰(zhàn)。”

目前，Phillips，Perkins和Zakutayev等人正在參與NREL和美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院之間的合作，旨在部署高通量實驗工具網(wǎng)絡(luò)，幫助研究人員合成與設(shè)計新材料，并將研究結(jié)果添加到數(shù)據(jù)庫。該試點項目被稱為高通量實驗材料合作實驗室。

HTEM數(shù)據(jù)庫的發(fā)展、管理和完善分別由NREL實驗室定向研究與項目開發(fā)部、能源部科學(xué)辦公室、能效與可再生能源辦公室負(fù)責(zé)。