El Gobierno nos quiere con una 100 millones de dólares "material genoma iniciativa" reducir a la mitad el tiempo de desarrollo de nuevos materiales de alta tecnología. Industria y universidades para compartir los primeros conocimientos y datos en una base de datos central.
Células solares más baratas, más duraderas de las baterías, tratamiento médico ligero o individual: muchas innovaciones para el futuro cercano son dependientes materiales con propiedades mejoradas. Normalmente tarda pero diez o veinte años, hasta nuevos materiales en productos de mercado listo para fluir, porque a menudo también completamente nuevas plantas de procesamiento deben ser diseñada para ellos. Demasiado tiempo, puede encontrarse en la Casa Blanca: el Gobierno con la "iniciativa de genoma material" (MGI) reducir a la mitad el tiempo de desarrollo de nuevos materiales. Es 100 millones de dólares en el proyecto, que es parte de la Asociación de fabricación avanzada.
Con el dinero, las mejores prácticas deben elaborarse para simular las propiedades de sustancias hasta ahora desconocidas en el equipo. Todos los modelos de datos y equipo que se presentan aquí, debe ser abiertamente accesibles a la comunidad de los científicos de materiales para que ojalá universidades e investigación industrial pueden trabajar juntos en las primeras etapas de desarrollo.
Exactamente fue sucediendo actualmente todavía demasiado raro, dice Cyrus Wadia, quien supervisó la cuestión de la energía limpia y materiales en la política de investigación de la Oficina de la casa blanca. Por lo tanto, los dispositivos de investigación una y otra vez en callejones sin salida. Y no un segundo tiempo a inventar la rueda, los investigadores pueden beneficiarse en otros lugares por las conclusiones de sus colegas, dijo Wadia.
Los científicos de materiales han hecho ya grandes progresos en los últimos 20 años en el modelado de equipo. Por diverso punto de fusión, conductividad y rutas de reacción química, puede averiguar si una sustancia como el material del electrodo para baterías es adecuada. Los algoritmos fueron aunque costosa, dice Gerbrand Ceder, materiales científicos en el MIT, pero si ha escrito el código para una pregunta una vez, él se aplicará a cualquier material. Hasta el momento es pero es difícilmente posible datos código y prueba de Exchange--cuya divulgación se limitaba en general, sobre las patentes o artículo científico. El material quiere establecer para todos los datos y los fragmentos de código tan genoma Initiatve una base de datos central.
¿Pero el mayor desafío es diferente: Cómo escalar el procesamiento de nuevos materiales de laboratorio a escala industrial alta? "Si podríamos hacer cosas, así como en el laboratorio, que no tendría problemas", dijo Ceder. Por desgracia, la realidad es más complicada. Realiza instalaciones más grandes, ahora producen toneladas en lugar de gramos, se trata aquí y desde inevitablemente a pequeños cambios en los parámetros de producción, que puede tener efectos pero más grandes. "Entendemos no todo en detalle, por desgracia," admite Ceder.
El problema es agravado por el hecho de que las innovaciones materiales de hoy deben cada vez más sus propiedades inusuales de buen estructuración a nivel molecular o atómico. Su producción puede difieren significativamente de los antiguos materiales tales como la producción de acero. "Si hacer acero, melts a metales en un caldero gigante", dice Alejandro rey, laboratorio nacional Director de Ames. "Más sofisticados materiales debe incorporar para mucho más precisa la producción proceso - mezcla, temperatura y otras condiciones o los átomos hacen no lo que quiera de ellos." Esto cuesta tiempo y dinero a continuación.
¿Cómo es un proceso de laboratorio ahora escala alta correctamente? Por ejemplo, supongamos que una empresa ha realizado un prototipo de cuatro centímetro cuadrado grande de una nueva célula solar en el laboratorio, por ha impreso una tinta de nanopartículas sobre una lámina de base. Para utilizar este enfoque en gran escala, la empresa debe resolver algunos problemas: ¿cómo puede producir grandes cantidades de tinta de nano? ¿Qué contratistas pueden proporcionar una línea de presión que fabrica metros cuadrados grandes células? ¿Cómo se garantiza que las nanopartículas, si se aplican a grandes áreas, así como se comportan como en el prototipo de cuadrados? Tal vez agrupen juntos, y las células al final no funcionan correctamente, a pesar de que salen aparentemente correctamente desde la línea de presión. Para simular tal escala y problemas de fabricación y para desarrollar soluciones, otro objetivo importante es la iniciativa genoma material.
Si tiene éxito, dependerá sobre todo, si los fabricantes están dispuestos a compartir sus conocimientos y sus ricos parte datos. Cyrus Wadia ha hablado en los últimos años con muchas empresas y cree que se consideren con las universidades juntos. "Al principio será aún más pequeñas comunidades, pero que la iniciativa de trabajar, necesitamos una masa crítica," Wadia dijo.
"Vemos el papel crucial de la industria es transmitir cómo materiales se utilizan, diseñado y evaluaron su perspectiva sobre él", dijo Christine Furstoss, director técnico de producción y materiales de ingeniería en investigación global de GE. "Utilizamos un lote de materiales ya a través a través de muchos sectores industriales diferentes".
Los 100 millones de dólares de financiación de la puesta en marcha se distribuirán a las autoridades de cuatro:
el Instituto Nacional de estándares y tecnología NIST, el departamento de energía, la National Science Foundation NSF y el Ministerio de defensa. La mayor parte del dinero que fluye en el establecimiento de infraestructuras de equipo para el modelado, dijo Wadia. Cómo que se verá en términos concretos, decidir en los próximos doce meses.
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