寻找制作太阳能裤的材料

假设你想制作一条能充当太阳能电池板的裤子。（为什么不呢？）你怎么知道从哪里开始寻找适合你的发明的材料呢？

现在，您可以使用昨天推出的分子空间数据库。它列出了数以万计的潜在太阳能材料，这些材料由碳而不是硅制成，而硅是当今商业太阳能电池板所用的材料。每种材料都不是化学家自己勾勒出各种可能性而发现的，而是由自动化计算机程序发现的。这就是研究人员发现如此多材料的原因。哈佛大学化学家、碳太阳能化合物发现工作的带头人阿兰·阿斯普鲁-古齐克说，在此之前，研究人员只知道三到四种碳基材料能够有效地将阳光转化为电能。

“太阳能斗篷、太阳能裤，”Aspuru-Guzik 一边列举各种可能性一边说道。一般来说，碳材料的能量转换效率不如硅，但只要效率足够高，它们的其他优势可能比硅材料更胜一筹。它们比硅材料更轻、更灵活、生产成本更低。在它们成为产品之前，它们仍需要进一步开发。许多最终都无法成功。但成功成功的人可能会进入太阳能窗户、墙壁和其他创意应用。“太阳能斗篷、太阳能裤，”Aspuru-Guzik 一边列举各种可能性一边说道。

碳基太阳能技术也可能有助于为世界各地的低收入地区提供电力。“我个人最希望看到的就是这种应用，”Aspuru-Guzik 告诉《大众科学》 。

他估计，他的团队发现的每种可能性都需要大约一年的研究时间，开发人员才能知道它是否适用于特定应用，例如这条裤子。他和他的合作者将进行部分研究，但他们已将数据库免费开放，希望其他人也能使用它。

该数据库总共描述了 230 万种材料。Aspuru-Guzik 说，其中约 1,000 种可以将 11% 或更多的太阳能转化为电能。（“那么，要花 1,000 年才能查完你的数据库识别出的材料？”我问道。“或者 1,000 名研究生，”Aspuru-Guzik 回答道。）另外 34,000 种分子可以转化 10% 到 11% 的太阳能。在 Molecular Space 之前，研究人员发现的其他碳基太阳能材料的能量转化率为 4% 或 5%，而硅基面板的转化率约为 15%。

这并不是化学家们第一次大规模筛选超轻、可制成优质电池或具有其他有趣特性的新材料。最近，一些研究团队也开展了类似的研究。其他正在进行的主要工作包括材料项目和 Aflowlib。在美国，巴拉克·奥巴马政府通过其材料基因组计划支持此类研究。2011 年，该政府表示，大学、私营公司和政府机构将向该计划投资超过 1 亿美元，该计划旨在通过寻找发现高科技材料的新方法来帮助美国制造业。

然而，就他们而言，Aspuru-Guzik 和他的同事认为他们的项目是一个独特的转折。Molecular Space 可能是第一个不需要超级计算机的大型材料科学筛选。这并不是因为它不需要大量计算。它确实需要：Molecular Space 的算法既会自动产生分子来测试，又会对这些分子进行表征。

然而，Molecular Space 并没有使用超级计算机，而是利用了普通民众通过 IBM 的 World Community Grid 捐赠的计算能力。这一概念与 SETI@home 以及过去几年启动的其他几个项目相同，人们可以向这些项目捐赠多余的计算机能力。

接下来，该团队希望启动一个类似于另一个众包科学项目 FoldIt 的程序，在这款游戏中，你可以按照基本规则折叠蛋白质的分子模型。该团队将启动一个门户网站，人们可以使用 Molecular Space 的算法设计和测试自己的结构。研究人员希望人们能想出连他们的计算机都想不到的分子。

“人类只是计算机。他们只是不同类型的计算机，”Aspuru-Guzik 说。