Machine learning aided accelerated prediction and experimental validation of functional properties of K1-xNaxNbO3-based piezoelectric ceramics

电负性 材料科学 陶瓷 压电 离子半径 密度泛函理论 机器学习 计算机科学 离子 复合材料 计算化学 化学 物理 量子力学
作者
Srujan Sapkal,Balasubramanian Kandasubramanian,Prashant Dixit,Himanshu Sekhar Panda
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier]
卷期号:37: 101402-101402 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2023.101402
摘要

The functional properties of piezoelectric ceramics are vital to design materials for energy harvesting applications. In the present study, to accelerate the design process with prediction of functional properties for a composition, a machine learning (ML) model is developed, which predicts (ϵr, TC, d33) values for K1-xNaxNbO3(KNN)-based materials. Simultaneously, important features were identified which directly influence the functional properties such as Martynov and Batsanov (MB) electronegativity, ionic radii, atomic volume of elements, and atomic polarization. The ML model with the best performance is implemented to predict the functional properties of KNN-based ceramics. The measured functional properties namely, d33, TC and ϵr for hydrothermally synthesized KNN10 composition are found to be 131 pC/N, 415 °C and 428.4 respectively, which are consistent with the ML prediction. In addition, the proposed model has extended to predict the properties of KNN-ceramics with series doping of elements at A-site (lithium) and B-site (antimony), and it is in good agreement with the trend of experimental outcomes from literatures. Finally, this work discussed the feature-oriented guidelines for optimizing the synthesis of KNN ceramics.
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