影響因子分類に基づく高温溶融塩中での六方晶窒化ホウ素の結晶外形変化の機構解明

基于影响因素分类阐明高温熔盐中六方氮化硼晶形变化机理

• 批准号: 21K04807
• 负责人: 山田 哲也
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Shinshu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04807/
• 关键词: フラックス法; 結晶成長; 窒化ホウ素; データ駆動化学; 機械学習

本研究では，六方晶窒化ホウ素(h-BN)をモデル化合物として，フラックス法結晶育成による結晶外形変化の影響因子を理解し，その成長モデルを構築することを目的としている。前年度、第一原理計算により、低アスペクト比成長に有効と知られるホウ酸イオンについて吸着エネルギーを求めるとともに、実験条件の外挿探索と寄与因子可視化を可能とする機械学習アルゴリズムを開発した。本年度は、①ニューラルネットポテンシャル計算環境の構築と②外挿的データ駆動実験探索を進めた。まず、ニューラルネットポテンシャル計算環境を構築した。この計算は、pythonベースで実行する必要があり、そのシステム構築に時間を要した。現在は400元素程度のBNスラブモデルに対するイオン吸着の計算が可能となった。例として、COイオンのBN吸着を計算したところ、N-C-O結合ができないことが分かった。本環境構築により、DFT計算の100倍以上の計算高速化に成功した。よって吸着エネルギーを多種イオンで網羅計算可能となった。今後20程度のイオンの吸着エネルギーを結晶面ごとに求めて、学習データに取り入れる予定である。次に、外挿的データ駆動実験探索を実施した。ガウス過程回帰分析を利用して，成長モデルを作成したうえで，約4万通りの仮想的実験条件の中から，c軸成長・大型化を実現する可能性の高いものを選抜した。なお、提案実験条件中のフラックス情報は複数の物理量で表現し，実験利用時には重要因子を反映してフラックス名へ変換できるようにした。解析の結果，K2CO3, KNO3, RbCO3, Li2SO4, NaNO3等が有効反応場と提案されたものの、これらを使って実験検証した結果，いずれも粒成長に乏しいことが分かった。これは、実験空間がまだ不足していることを示している。引き続き有効フラックス提案・実験検証に取り組み，有効反応場探索を目指す。

This study aims to understand the factors affecting the crystal shape transformation of hexagonal boron nitride (h-BN) and its growth and structure. Previous year, first principle calculation, low cost, low cost, This year, we will continue to explore ways to improve the environment for computing. The design of the computing environment is based on the following: This calculation is based on the Python system construction time. Now it is possible to calculate the absorption of 400 elements. For example, CO and BN adsorption calculation, N-C-O combination The environment was constructed and DFT calculations were successfully speeded up by more than 100 times. A variety of options are available for calculation. From now on, the crystal plane of 20 degrees of adsorption will be determined. Second, the external environment of the country is still under investigation. The process analysis is used to analyze the growth and development of the system. About 40,000 channels are available for the desired conditions. The high probability of c-axis growth and large-scale realization is selected. The information in the proposal is expressed in a plurality of physical quantities, and the important factors in the utilization are reflected in the name change. K2CO3, KNO3, RbCO3, Li2SO4, NaNO3, etc. are found to have a negative field effect. The space is not enough. There are several ways to improve the quality of the products.

项目成果

ベイズ予測シミュレーションを用いたデータ駆動フラックス法結晶制御の効果検証

使用贝叶斯预测模拟验证数据驱动通量法晶体控制的有效性

• 发表时间: 2022
• 作者: 白 玉焜;岸本 直樹;Xi Yingxiao;;福永 翔士;福澤 宏宣;菊川 豪太;山田哲也,手嶋勝弥
• 通讯作者: 山田哲也,手嶋勝弥

フラックス育成したBa5Ta4O15結晶の解釈可能なXRD特徴量とその形状の相関理解

了解助熔剂生长的 Ba5Ta4O15 晶体的可解释 XRD 特征与其形状之间的相关性

• 发表时间: 2023
• 作者: Yuta Araki;Yuma Hamada;Norika Imamura;Koki Yamasaka;Mina Sakuragi;塩田哲也，山田哲也，林文隆，手嶋勝弥
• 通讯作者: 塩田哲也，山田哲也，林文隆，手嶋勝弥

ガウス過程回帰を利用した大型低アスペクト比 h-BN 結晶のフラックス育成および結晶成長因子の解明

使用高斯过程回归和晶体生长因子的阐明，实现大型低纵横比 h-BN 晶体的助熔生长

• 发表时间: 2022
• 作者: 長島睦人;山田哲也;手嶋勝弥
• 通讯作者: 手嶋勝弥

異方性酸化物の結晶外形制御に向けたベイズ最適化によるフラックス育成予測

使用贝叶斯优化预测通量增长以控制各向异性氧化物的晶体形状

• 发表时间: 2021
• 作者: 國田紘夢;Sukwattananipaat Puriwat;古賀雄一;山野-足立範子;大政健史;山田哲也，手嶋勝弥
• 通讯作者: 山田哲也，手嶋勝弥

フラックス育成したBa5Ta4O15結晶のXRD特徴量とその形状の相関性可視化

助熔剂生长的 Ba5Ta4O15 晶体的 XRD 特征与其形状之间相关性的可视化

• 发表时间: 2022
• 作者: Noriko Yamano-Adachi;Rintaro Arishima;Puriwat Sukwattananipaat;Takae Koto;Hiromu Kunita;Yuichi Koga;and Takeshi Omasa;塩田哲也,山田哲也,手嶋勝弥
• 通讯作者: 塩田哲也,山田哲也,手嶋勝弥