近期，中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所無源集成器件與材料研究團隊采用機器學(xué)習(xí)方法，研究微波介質(zhì)陶瓷的材料特征與介電性能之間的關(guān)系，提出了一種普適性強、準(zhǔn)確性高的介電常數(shù)預(yù)測模型，并以此為依據(jù)預(yù)測了新的低介電常數(shù)微波介質(zhì)材料。最優(yōu)預(yù)測模型經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗、兩步降維、模型超參數(shù)優(yōu)化、特征量組合尋優(yōu)和多算法對比等步驟獲得。研究表明，除了降低單位體積離子極化率（ppv）之外，降低平均鍵長（blm）和提高每個原子所占的晶胞體積（va）都可有效降低材料介電常數(shù)。利用機器學(xué)習(xí)模型，從3,300余種未報道介電常數(shù)的無機材料中篩選出潛在的低介電常數(shù)材料，并從中選取了若干種進行制備和測試，驗證了預(yù)測結(jié)果的可靠性。相關(guān)相關(guān)成果以Machine learning approaches for permittivity prediction and rational design of microwave dielectric ceramics為題，發(fā)表在Journal of Materiomics上。

　　此外，研究人員還通過實驗研究和機器學(xué)習(xí)相結(jié)合的方法，發(fā)現(xiàn)了材料局域結(jié)構(gòu)與品質(zhì)因數(shù)（Q×f）之間的定量關(guān)系。實驗發(fā)現(xiàn)，硅鐵鋇礦型系列低介陶瓷ACuSi₄O₁₀(A = Ca, Sr, Ba)中A位取代會引起[AO8]十二面體單元發(fā)生顯著的收縮和畸變，且伴隨Q×f值單調(diào)下降。基于實驗數(shù)據(jù)，采用鍵長、鍵價和等多個基本屬性描述[AO8]局域結(jié)構(gòu)的變化，通過支持向量機方法構(gòu)建Q×f值定量預(yù)測模型。模型發(fā)現(xiàn)，A-O2鍵長與A-O鍵長方差是Q×f值預(yù)測的決定性特征量。研究人員利用該定量構(gòu)效關(guān)系對相同結(jié)構(gòu)材料進行Q×f值預(yù)測，并得到實驗驗證。采用準(zhǔn)光腔法，測試了材料在20 GHz-110 GHz毫米波頻段下的介電常數(shù)和介電損耗。相關(guān)研究成果以Structure and microwave dielectric properties of gillespite-type ACuSi₄O₁₀(A = Ca, Sr, Ba) ceramics and quantitative prediction of Q×f value via machine learning為題，發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces上。

　　相關(guān)研究工作得到國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目、中科院青年創(chuàng)新促進會和上海市青年科技啟明星計劃等的資助。

　　論文鏈接：1、2 

　　（a）介電常數(shù)機器學(xué)習(xí)預(yù)測模型的表現(xiàn)，（b）預(yù)測介電常數(shù)在特征量空間中的分布 

　　基于ACSO體系的微波介質(zhì)陶瓷Q×f的模型預(yù)測與實驗驗證