材料界的Google:Materials Project在线材料数据库

自1869年俄国化学家门得列夫画出人类历史上第一张元素周期表以来,我们对于原子特性的理解已越来越透彻,新分子、新材料的研发也是奠基于对组成原子的充分理解。但,这些资料往往是破碎的,东一块西一块,让研究人员或一般大众需要花费很多时间及精力才能找到想要的数据。因此,随着网路的发展及公开透明信息对于加速科技发展的重要性,加州柏克莱大学劳伦斯实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)及麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)在2011年发起一项Materials Project,旨在整合各方资源,利用理论计算,让原子性质完整公开,以缩短材料相关科技产业的研究周期(例如:电池及太阳能电池)。

Materials Project的网址为:https://www.materialsproject.org。这是一个免费的网站,只需用email注册即可,有兴趣的读者不妨可以进去玩玩看。

材料界的Google:Materials Project在线材料数据库

Materials Project包含了一个存储信息量很大材料数据库,该平台在世界范围内有很大影响。可以存储高通量材料性质计算的结果,例如各种计算信息,包括能带态密度信息,也包括电池材料的充放电曲线、相图等,所有材料计算的研究工作者可以在这个开发的平台上下载结构、搜索材料性质、查看材料相图、甚至可以利用这个网站的平台搜索未知的材料。此外这个网站还开放了数据库接口, 利用这个数据库,大家可以使用写代码的方式,搜寻筛选材料。

一个网站能够包含如此完整的信息当然不是一两个实验室就能完成的,参与这项计划的单位规模庞大,还包括:美国国家能源科学运算中心(National Energy Research Scientific Computing Center,NERSC)、加州大学圣地牙哥分校(UCSD)、杜克大学(Duke University)、加州理工学院(Caltech)、威斯康辛大学麦迪逊分校(UW-Madison)及比利时鲁汶大学(UCL Belgium)。

虽然网站已经上线,但数据库还是持续更新。加州大学圣地牙哥分校Shyue Ping Ong教授的实验室利用第一原理(First Principle)计算各个原子晶体的表面能。固态材料都会有特定的原子堆叠方法。因为原子会根据特定方式堆叠,假设现在有一块晶体,想要拿刀剖开它,从不同方向切,就需要不同的能量,这是因为晶体不同方向的表面能不同,要将晶体剖开就必须克服该方向的表面能(Surface Energy)。表面能在小尺度,比表面积高的状况下是非常重要的信息,例如:研究车子的触媒转化器(catalytic converter)及燃料电池(Fuel Cell)等等。Shyue Ping Ong教授总共计算出周期表上72个元素超过100种的多形体(polymorph),其结果发表于Scientific Data,这些资料同时在( http://crystalium.materialsvirtuallab.org/ )也可以找到。

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目前Material Projects主要资料还是以原子及简单的化合物为主,研究团队期待能够将更多复杂化合物信息整合进去,让全世界的人不用再做枯燥的文献搜索,而能快速地拿到材料基本性质,将时间投入在新研究新构想,让科技的进步能够更有效率。

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