Machine learning guided hydrothermal synthesis of thermochromic VO2 nanoparticles

材料科学 水热合成 差示扫描量热法 单斜晶系 相变 二氧化二钒 纳米颗粒 机器学习 人工智能 化学工程 热液循环 纳米技术 计算机科学 热力学 晶体结构 结晶学 工程类 化学 物理 薄膜
作者
Yongxing Chen,Haining Ji,Mingying Lu,Bin Liu,Yong Zhao,Yangyong Ou,Yi Wang,Jundong Tao,Ting Zou,Yan Huang,Junlong Wang
出处
期刊:Ceramics International [Elsevier BV]
卷期号:49 (18): 30794-30800 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.ceramint.2023.07.035
摘要

Vanadium dioxide (VO2) is a promising material for energy-saving smart windows due to its reversible metal-to-insulator transition near room temperature, concomitantly with a structural phase transition between monoclinic VO2(M) phase and rutile VO2(R) phase. However, the fact that VO2 has a complex crystalline phase makes its reliable synthesis an obstacle to its practical application. Machine learning (ML), a specific subset of artificial intelligence, can be utilized to generate virtual representations of experimental conditions and outcomes for the purpose of predicting experiments. Therefore, in the paper, four machine learning models were trained to perform optimization of the VO2 hydrothermal synthesis. A random forest model achieved a classification accuracy of 87.27%. The synthetic parameter space was explored to filter combinations with a synthetic probability above 90%. Random forest models were used to guide the experimental synthesis, and the obtained products were characterized using X-ray diffraction, scanning electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and differential scanning calorimetry. The results showed that phase-pure VO2(B) and VO2(M) were successfully synthesized, demonstrating the effectiveness of machine learning in optimizing material synthesis, alleviating the stochasticity of material synthesis caused by the control of synthesis conditions, and promoting the application research of VO2 materials.
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