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開發(fā)能夠承受高溫強(qiáng)電場的耐熱介電聚合物對于電氣化至關(guān)重要。然而，平衡熱穩(wěn)定性和電絕緣性非常具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)檫@些性質(zhì)通常呈反比關(guān)系。傳統(tǒng)的直覺驅(qū)動(dòng)的聚合物設(shè)計(jì)方法會(huì)導(dǎo)致緩慢的發(fā)現(xiàn)循環(huán)，從而限制了突破。

2024年12月5日，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室劉毅研究員、威斯康星大學(xué)麥迪遜分校李穎教授、美國斯克利普斯研究所K. Barry Sharpless教授在國際頂級期刊Nature Energy發(fā)表題為《Machine learning-accelerated discovery of heat-resistant polysulfates for electrostatic energy storage》的研究論文，He Li、Hongbo Zheng、Tianle Yue、Zongliang Xie為論文共同第一作者，劉毅研究員、李穎教授、K. Barry Sharpless教授為論文共同通訊作者。

牛！他，師從「兩屆諾獎(jiǎng)得主/三院院士/學(xué)界泰斗」，發(fā)表Nature Energy！

劉毅，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室研究員。1997年、2000年本碩畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)，碩士期間的導(dǎo)師為Prof. Quanrui Wang；2004年博士畢業(yè)于加州大學(xué)洛杉磯分校，師從J. Fraser Stoddart教授；隨后留校從事博士后研究，導(dǎo)師為J. Fraser Stoddart教授；2005-2006年在斯克利普斯研究所繼續(xù)接受博士后訓(xùn)練，師從K. Barry Sharpless教授（2001年、2022年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）。2006年加入勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室。

劉毅研究員課題組致力于通過設(shè)計(jì)、合成和設(shè)計(jì)分子和聚合物成分來開發(fā)納米結(jié)構(gòu)材料，包括1）用于有機(jī)電子學(xué)的新型有機(jī)半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)和合成，以及對相關(guān)電子過程的基本理解；2）具有受控結(jié)構(gòu)和工程功能的多孔2D和3D框架的自組裝；3）有機(jī)-無機(jī)異質(zhì)材料框架作為下一代光電材料。

李穎，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校教授。2015年博士畢業(yè)于西北大學(xué)，2015-2022年任職于康涅狄格大學(xué)；2022年加入威斯康星大學(xué)麥迪遜分校。

李穎教授目前的研究興趣包括：多尺度建模、計(jì)算材料設(shè)計(jì)、聚合物力學(xué)和物理以及機(jī)器學(xué)習(xí)加速聚合物設(shè)計(jì)。

在這里，作者提出了一種機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的策略，來快速識(shí)別高性能、耐熱的聚合物。

作者訓(xùn)練值得信賴的前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以預(yù)測關(guān)鍵代理參數(shù)，并從近50,000種聚砜庫中選擇出候選聚合物。

通過高效且模塊化的氟化硫交換點(diǎn)擊化學(xué)，能夠成功合成和驗(yàn)證選定的候選物。

具有9, 9-二（萘）-芴重復(fù)單元的聚砜具有出色的熱彈性，并在200 °C下實(shí)現(xiàn)超高的放電能量密度，效率超過90%。其卓越的循環(huán)穩(wěn)定性，凸顯了其在苛刻的電氣化環(huán)境中的應(yīng)用前景。

圖1：聚砜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2：基于機(jī)器學(xué)習(xí)的熱性能和電子性能預(yù)測

圖3：聚砜的介電性能

圖4：靜電儲(chǔ)能性能與可靠性

綜上，在這篇論文中，作者介紹了一種利用機(jī)器學(xué)習(xí)策略加速發(fā)現(xiàn)耐熱聚砜作為電靜電能量存儲(chǔ)材料的研究。研究團(tuán)隊(duì)通過訓(xùn)練前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，從近50,000種聚砜中篩選出高性能的耐熱聚合物，成功合成并驗(yàn)證了候選材料，其中一種聚砜在200 °C下實(shí)現(xiàn)了超過90%效率的超高放電能量密度，顯示出在苛刻電氣化環(huán)境中應(yīng)用的巨大潛力。

研究人員開發(fā)了一種高效的機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的材料發(fā)現(xiàn)策略，顯著提高了耐熱絕緣聚合物的篩選和開發(fā)效率，對于電氣化技術(shù)的進(jìn)步具有重要意義。

這項(xiàng)研究為混合動(dòng)力汽車、地下油氣勘探和航空電氣化等領(lǐng)域中需要在高溫下運(yùn)行的高性能電容器提供了新材料，有望推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

Li, H., Zheng, H., Yue, T.?et al.?Machine learning-accelerated discovery of heat-resistant polysulfates for electrostatic energy storage.?Nat. Energy,?(2024).

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