An interpretable deep learning approach for designing nanoporous silicon nitride membranes with tunable mechanical properties

纳米孔 氮化硅 膜 深度学习 材料科学 纳米技术 人工智能 硅 计算机科学 光电子学 化学 生物化学
作者
Ali K. Shargh,Niaz Abdolrahim
出处
期刊:npj computational materials [Nature Portfolio]
卷期号:9 (1): 82-82 被引量:17
标识
DOI:10.1038/s41524-023-01037-0
摘要

Abstract The high permeability and strong selectivity of nanoporous silicon nitride (NPN) membranes make them attractive in a broad range of applications. Despite their growing use, the strength of NPN membranes needs to be improved for further extending their biomedical applications. In this work, we implement a deep learning framework to design NPN membranes with improved or prescribed strength values. We examine the predictions of our framework using physics-based simulations. Our results confirm that the proposed framework is not only able to predict the strength of NPN membranes with a wide range of microstructures, but also can design NPN membranes with prescribed or improved strength. Our simulations further demonstrate that the microstructural heterogeneity that our framework suggests for the optimized design, lowers the stress concentration around the pores and leads to the strength improvement of NPN membranes as compared to conventional membranes with homogenous microstructures.
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