2024 年 6 月 13 日，日本特殊陶業(yè)株式會(huì)社（Niterra）是第一家采用材料信息學(xué)（MI）方法利用新材料開發(fā)框架開發(fā)新型高性能、可大規(guī)模生產(chǎn)的無(wú)鉛壓電材料的公司。通過(guò)利用 MI 方法簡(jiǎn)化材料開發(fā)并加速新業(yè)務(wù)的創(chuàng)建。
壓電材料具有施加電壓時(shí)振動(dòng)、施加壓力時(shí)發(fā)電的特性，用于蜂鳴器、傳感器、執(zhí)行器等，但傳統(tǒng)含鉛材料會(huì)帶來(lái)環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)，因此無(wú)鉛壓電材料的開發(fā)正在推進(jìn)。
日本特殊陶業(yè)從2000年左右開始研發(fā)基于堿金屬鈮酸鹽的無(wú)鉛壓電材料，但傳統(tǒng)的開發(fā)方法需要大量的材料成分和工藝條件的組合，并且需要大量的開發(fā)時(shí)間。因此，日本特殊陶業(yè)決定利用數(shù)據(jù)科學(xué)的 MI 方法來(lái)加速材料開發(fā)。一般來(lái)說(shuō)，無(wú)鉛壓電材料等陶瓷材料的性能受燒制、成型等工藝影響較大，因此應(yīng)用MI法時(shí)，材料成分和工藝條件的組合變得復(fù)雜。
利用材料信息學(xué) (MI) 技術(shù)和電子實(shí)驗(yàn)室記錄，日本特殊陶業(yè)集中過(guò)去和現(xiàn)在的數(shù)據(jù)，以優(yōu)化材料成分和工藝條件的組合。結(jié)果，將本次開發(fā)案例中的126萬(wàn)種可能的組合方案減少到550種，并在短短半年的時(shí)間內(nèi)成功開發(fā)出了具有目標(biāo)性能的無(wú)鉛壓電材料。在這種方法中，數(shù)據(jù)分析師和技術(shù)工程師緊密合作，量化材料數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)專業(yè)知識(shí)，并通過(guò)使用小型量產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行原型實(shí)驗(yàn)，開發(fā)出可以在短時(shí)間內(nèi)輕松過(guò)渡到量產(chǎn)的材料。通過(guò)充分利用已建立的MI方法，日本特殊陶業(yè)不僅將加速無(wú)鉛壓電材料的開發(fā)，還將加速各種下一代創(chuàng)新材料的開發(fā)。
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