Ceramics Predictor System (CPS): sistema de análise e previsão de propriedades físicas de materiais cerâmicos
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Ceramics Predictor System (CPS): system for analysis and prediction of ceramic materials physical properties
Primeiro orientador
Membros da banca
Gisele Lobo Pappa
Gilberto Medeiros Ribeiro
Anderson Dias
Gilberto Medeiros Ribeiro
Anderson Dias
Resumo
Materiais cerâmicos são popularmente conhecidos por serem utilizados em vidros, louças, refratários e cimento. Além das aplicações mais comuns, existem uma gama de materiais cerâmicos aplicados em soluções mais tecnológicas, tais como térmicas, eletroeletrônicos, ópticas, químicas e biomédicas. O estudo e a análise a respeito dessa classe de materiais são de suma importância para avanços tecnológicos. Neste sentido, diversas pesquisas vêm sendo realizadas com o intuito de encontrar novos materiais com propriedades distintas, abrindo possibilidades inovadoras de aplicações em diferentes segmentos. Neste trabalho exploramos uma base de dados existente e focamos em duas propriedades (Constante Dielétrica e Fator de Qualidade), visando aplicações eletromagnéticas. Com esse objetivo, primeiramente apresentamos uma ferramenta interativa de análise e exploração de materiais cerâmicos, mostrando informações sobre a estrutura e suas respectivas propriedades físicas. Em seguida, utilizando algoritmos de aprendizado de máquina, desenvolvemos um módulo para previsão das propriedades físicas de interesse para novos materiais. Os resultados obtidos demonstram boa capacidade de previsão da Constante Dielétrica e Fator de Qualidade do composto, cuja acurácia dos modelos preditivos é 86% e 75%, respectivamente. Todos os módulos aqui desenvolvidos foram integrados em uma ferramenta web interativa, permitindo aos usuários analisar e explorar de maneira simples a proposição de novos materiais cerâmicos. Acreditamos que esse trabalho é um passo fundamental para acelerar a descoberta eficiente de novos materiais cerâmicos, focados em aplicações específicas.
Abstract
Ceramic materials are popularly known for being used in glass, crockery, refractories and cement. In addition to the most common applications, there is a range of ceramic materials given in more technological solutions, such as thermal, electro-electronic, optical, alloys and bio-medical. The study and analysis regarding this class of materials are of paramount importance for technological advances. In this regard, several complementary researches are being carried out in order to find new materials with different properties, opening up innovative possibilities for applications in different segments. In this work we explore an existing database and focus on two properties (Dielectric Constant and Quality Factor), electromagnetic layers. For this purpose, first we present an interactive tool for analysis and exploration of ceramics, showing information on the structure and their physical properties. Then, applying machine learning algorithms, we developed a model to predict the physical properties of interest for new materials. The results show good predictability of the Dielectric Constant and Quality Factor of the compound, the accuracy of predictive models is 86% and 75% respectively. All modules developed here were integrated into an interactive web tool, allowing users to analyze and explore in a simple way the proposition of new ceramic materials. We believe that this work is a fundamental step to accelerate the efficient discovery of new ceramic materials, focused on specific applications.
Assunto
Computação – Teses, Aprendizado do computador – Teses, Nanotecnologia computacional – Teses, Materiais cerâmicos – Teses
Palavras-chave
Nanotecnologia computacional, Aprendizado de máquina, Cerâmicos, AutoML
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