The Codeposited Composition Spread Approach to High‐Throughput Discovery/Exploration of Inorganic Materials

Abstract

Summary: We discuss the high‐throughput materials discovery/exploration paradigm in the context of inorganic materials. We emphasize the codeposited continuous composition spread approach, contrasting it with layered composition spreads and the discrete combinatorial approach to synthesis. The results of specific investigations on dielectrics are discussed in detail. The use of inorganic materials in thin film form entails some general advantages and disadvantages that will be discussed. We also contrast the considerations involved in the screening/discovery of new materials vis‐à‐vis reliable characterization of the composition dependence of properties.Ternary plot of the relative dielectric constant in the ZrSnTiO system.magnified imageTernary plot of the relative dielectric constant in the ZrSnTiO system.

Combinatorial and High‐Throughput Materials Science

“…In a study on a range of compositions prepared by co-deposition of thin films, the dielectric constant and stored charge density (Figure 10), for example, showed a smooth dependence on chemical composition. [127] The mapping of the catalytic activity-composition relationships for the dehydrogenation of ethane with Mo-Nb-V mixed oxides obtained by wafer technology compares very well with literature data obtained by traditional methods. [128] The mapping of functions against chemical composition is by no means trivial.…”

High energy x-ray diffraction/x-ray fluorescence spectroscopy for high-throughput analysis of composition spread thin films

“…1- 3 We have recently presented methods for high throughput screening of continuous composition spread thin films for fuel cell oxidation catalysis. 4,5 In this research, binary or ternary continuous composition spreads are sputter deposited onto Si substrates from elemental metal targets.…”

Kombinatorische und Hochdurchsatz‐Techniken in der Materialforschung

“…B. die Dielektrizitätskonstante und die gespeicherte Ladungsdichte (Abbildung 10) eine stetige Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung. [127] Die Abbildung der Relation von katalytischer Aktivität und Zusammensetzung bei der Dehydrierung von Ethan mit Mo-Nb-V-Mischoxiden, die mit Wafer-Bibliotheken erhalten wurden, korreliert sehr gut mit Daten aus der Literatur, die mithilfe konventioneller Methoden erarbeitet wurden. [128] Die Abbildung von Funktionen auf die chemische Zusammensetzung ist keinesfalls ein trivialer Vorgang.…”

“…Eine detaillierte historische Einfüh-rung zu Studien mit Zusammensetzungbibliotheken (composition spreads, CS) wird von van Dover und Schneemeyer gegeben. [127] An dieser Stelle soll nur auf die frühen Arbeiten von Hanak verwiesen werden, der 1970 eine vorausschauende Erklärung zu dem generellen Potenzial der HT-Synthese und der Auswertungstechniken für die Materialerforschung (bezeichnet als "Multi Sample Concept") veröffentlichte und Einzelheiten und Beispiele für den speziellen Fall des "MultiTarget-Sputtering" bereitstellte. [6] Das übereinstimmende Merkmal dieser Ansätze ist die Synthese-Technik, bei der Material simultan auf ein Substrat aus zwei oder mehreren Abbildung 12.…”

“…[127] Christen et al verwendeten einen "verallgemeinerten" CCS-Ansatz, der die simultane Untersuchung der kombinierten Einflüsse zweier unterschiedlicher Parameter (z. B. chemische Zusammensetzung, Schichtdicke, Abscheidungstemperatur) ermöglicht, die sich als räumliche Variation entlang unterschiedlicher Richtungen auf einem ebenen Substrat ergeben, und erzeugten damit Bibliotheken opto-elektronischer Materialien auf der Basis von epitaktisch auf Mg(001)-Einkristallen gewachsenem Sr x Ba 1Àx Nb 2 O 6 (SBN) mittels PLD.…”