Generative learning facilitated discovery of high-entropy ceramic dielectrics for capacitive energy storage

生成语法 电介质 储能 电容感应 生成模型 陶瓷 计算机科学 材料科学 纳米技术 人工智能 光电子学 物理 复合材料 量子力学 操作系统 功率(物理)
作者
Wei Li,Zhonghui Shen,Run‐Lin Liu,Xiaoxiao Chen,Mengfan Guo,Jin-Ming Guo,Hua Hao,Yang Shen,Hanxing Liu,Long‐Qing Chen,Ce‐Wen Nan
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:24
标识
DOI:10.1038/s41467-024-49170-8
摘要

Abstract Dielectric capacitors offer great potential for advanced electronics due to their high power densities, but their energy density still needs to be further improved. High-entropy strategy has emerged as an effective method for improving energy storage performance, however, discovering new high-entropy systems within a high-dimensional composition space is a daunting challenge for traditional trial-and-error experiments. Here, based on phase-field simulations and limited experimental data, we propose a generative learning approach to accelerate the discovery of high-entropy dielectrics in a practically infinite exploration space of over 10 11 combinations. By encoding-decoding latent space regularities to facilitate data sampling and forward inference, we employ inverse design to screen out the most promising combinations via a ranking strategy. Through only 5 sets of targeted experiments, we successfully obtain a Bi(Mg 0.5 Ti 0.5 )O 3 -based high-entropy dielectric film with a significantly improved energy density of 156 J cm −3 at an electric field of 5104 kV cm −1 , surpassing the pristine film by more than eight-fold. This work introduces an effective and innovative avenue for designing high-entropy dielectrics with drastically reduced experimental cycles, which could be also extended to expedite the design of other multicomponent material systems with desired properties.
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