XGBoost model for electrocaloric temperature change prediction in ceramics

陶瓷 电介质 材料科学 居里温度 电负性 热力学 特征向量 凝聚态物理 人工智能 计算机科学 复合材料 化学 物理 光电子学 铁磁性 有机化学
作者
Jie Gong,Sharon Chu,Rohan K. Mehta,Alan J. H. McGaughey
出处
期刊:npj computational materials [Nature Portfolio]
卷期号:8 (1) 被引量:70
标识
DOI:10.1038/s41524-022-00826-3
摘要

Abstract An eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) machine learning model is built to predict the electrocaloric (EC) temperature change of a ceramic based on its composition (encoded by Magpie elemental properties), dielectric constant, Curie temperature, and characterization conditions. A dataset of 97 EC ceramics is assembled from the experimental literature. By sampling data from clusters in the feature space, the model can achieve a coefficient of determination of 0.77 and a root mean square error of 0.38 K for the test data. Feature analysis shows that the model captures known physics for effective EC materials. The Magpie features help the model to distinguish between materials, with the elemental electronegativities and ionic charges identified as key features. The model is applied to 66 ferroelectrics whose EC performance has not been characterized. Lead-free candidates with a predicted EC temperature change above 2 K at room temperature and 100 kV/cm are identified.
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