Ett team av ingenjörer har upptäckt nya egenskaper hos nanoporöst guld, ett material med ökande antal tillämpningar inom flera olika områden, däribland energilagring och i biomedicinska komponenter och allt detta utan att behöva gå till en laboratorielokal.
I stället för att utföra några särskilda experiment använde teamet från Texas A & M University och Virginia Tech ren bildanalysprogramvara, som sedan utvecklades internt så att man kunde "gräva" i den befintliga litteraturen om nanoporöst guld (NPG).
Med datorns och mjukvarans hjälp analyserade teamet framförallt fotografier av NPG och cirka 150 tidigare inprogrammerade och redan genomförda vetenskapliga studier. Datorn värderade snabbt nyckelfunktionerna i materialet som forskarna sedan korrelerade med skriftliga beskrivningar av hur det porösa guldets tester hade förberetts.
Resultatet blev ett recept om hur man gör NPG med specifika egenskaper.
- Vi kunde räkna ut en kvantitativ norm som visar hur man kan omforma NPG-funktioner genom att ändra behandlingstider och temperaturer, förklarade Ian McCue, en postdoktoral forskare i Texas A & M-avdelning för materialvetenskap och teknik.
McCue är ledande författare till teamets studie, som publicerades på nätet i 2018-års aprilutgåva av Scientific Reports.
Teamet identifierade också en ny parameter relaterad till NPG, som kan användas när man vill dirigera materialet bättre när det gäller att ta fram specifika applikationer.
- När vi startade vårt arbete som ingenjörer kände till bara en avstämningsbar knapp för NPG. Nu har vi en till som kan ge oss ännu mer kontroll över materialets egenskaper, säger Josh Stuckner, en doktorand vid Virginia Tech och medförfattare till studien. Det var också Stuckner, som utvecklade programvaran som möjliggjorde de nya kunskaperna.
Även Dr. Michael J. Demkowicz, docent i materialvetenskap och teknikavdelningen i Texas A & M, och Dr. Mitsu Murayama, docent vid Virginia Tech, har deltagit i studien.
- Nanoporöst guld har utforskats i ungefär 15 år, men kunskaperna om dess fysiska egenskaper och gränserna för materialets avstämningsförmåga när det gäller specifika tillämpningar var ytterst begränsade, skriver teamet i Scientific Reports.
Materialet är ett tredimensionellt poröst nätverk av sammanvävda strängar eller ligament. Flera ligament förenas i sin tur vid punkter som kallas noder. Alla dessa funktioner är ofattbart små.
Stuckner noterar bland annat att några av de mindre porerna skulle passa sida vid sida kring tre DNA-strängar.
Enligt McCue är den övergripande strukturen väldigt komplex och det har varit extremt svårt och tidskrävande att mäta funktioner som exempelvis avstånden mellan noder och ledbandets diametrar. Men Stuckners specifika programvara har ändrat på detta.
- Förut tog det mellan 20 minuter och över en timme för att mäta funktionerna i en bild, sade Stuckner.
- Nu kan vi göra det på en minut, eller bara berätta för datorn att mäta en hel massa bilder medan vi går på lunchen.
Tidigare försök att mäta NPG-funktioner ledde till mycket små datasatser med fem eller sex datapunkter. Texas A & M/Virginia Tech-teamet undersökte cirka 80 datapunkter.
Detta bidrog i sin tur till att laget kunde skapa den nya kvantitativa beskrivningen av NPG-funktioner, som hör samman med olika bearbetningstekniker. Allt detta kunde man ta fram utan att göra några faktiska labb-experiment. Det hela genomfördes enbart med hjälp av smart data-mining och analyser, sade McCue.
Teamets arbete har också lett till nya riktgivande handlingsplaner för framtida forskare i form av publikationer. Av totalt 2000 dokumenten analyserades ursprungligen endast 150 för att teamet skulle kunna inhämta användbar information.
- Vi var tvungna att kasta ut mycket data på grund av dålig bildkvalitet eller brist på skriftlig information om hur en viss NPG bearbetades, sade McCue.
- De nya riktlinjerna kan avstyra onödigt arbete, vilket möjliggör bättre datautvinning, inte bara för NPG utan för annat liknande material.
