PRACTICAL DATA SCIENCE: EXAMINING THE CORRELATIONS BETWEEN STRUCTURAL AND ELECTRONIC PROPERTIES OF DIFFERENT PHASES OF TiO2 NANOPARTICLES

Öz

PRACTICAL DATA SCIENCE: EXAMINING THE CORRELATIONS BETWEEN STRUCTURAL AND ELECTRONIC PROPERTIES OF DIFFERENT PHASES OF TiO₂ NANOPARTICLES

Abstract

In this work, we analyze the correlations between structural and electronic properties of anatase, brookite and rutile phases TiO₂ nanoparticles (NPs) using data science techniques. For this purpose, we use the geometries of three phases TiO₂ NPs under heat treatment obtained from molecular dynamics (MD) simulations in the frame of DFTB+ code. We investigate the relationships among electronic properties of TiO₂ and order parameter  & nearest number contacts . In this architecture, the correlations among HOMO, LUMO, Energy gap , Fermi energy ,  and  have been analyzed. Our results show that there is a moderate negative correlation between  and  in the brookite and rutile phases, but a strong linear correlation between these two variables in the anatase phase. Additionally, in the brookite phase, the positive linear correlation between  and  is noteworthy. Moderate linear correlation was observed in the anatase phase and positive in the rutile phase. The positive linear dependence of  and  in brookite phase is remarkable. No strong correlation was observed in any phase between and . In the brookite phase,   has an almost perfect negative correlation with

Keywords: Data science, Statistical learning, Materials Science, Nanoparticles, Data analytics.

PRATİK VERİ BİLİMİ: TiO₂ NANOPARTİKÜLLERİNİN FARKLI FAZLARININ YAPISAL VE ELEKTRONİK ÖZELLİKLERİ ARASINDAKİ İLİŞKİLERİN İNCELENMESİ

Özet

Bu çalışmada, veri bilimi tekniklerini kullanarak anataz, brookit ve rutil fazlar TiO₂ nanopartiküllerinin (NP) yapısal ve elektronik özellikleri arasındaki korelasyonları analiz edilmiştir. Bu amaçla DFTB+ kodu çerçevesinde moleküler dinamik (MD) simülasyonlarından elde edilen ısıl işlem altında üç faz TiO₂ NP'lerin geometrileri kullanılmıştır. TiO₂'nin elektronik özellikleri ve sıra parametresi   & en yakın numara kontakları  arasındaki ilişkiler araştırıldı. Bu mimaride, HOMO, LUMO, Enerji açığı , Fermi enerjisi ,  ve  arasındaki korelasyonlar analiz edilmiştir. Sonuçlarımız, brookite ve rutil fazlarda  ve  arasında orta derecede negatif bir korelasyon olduğunu, ancak anataz fazında bu iki değişken arasında güçlü bir doğrusal korelasyon olduğunu göstermektedir. Ek olarak, brookit fazında,   ve  arasındaki pozitif doğrusal korelasyon dikkate değerdir. Anataz fazında orta derecede doğrusal korelasyon, rutil fazda pozitif olarak gözlendi. Brookite fazında  ve 'nin pozitif doğrusal bağımlılığı dikkat çekicidir. ve   arasındaki hiçbir aşamada güçlü bir korelasyon gözlenmemiştir. Brookit fazında ,  ile neredeyse mükemmel bir negatif korelasyona sahiptir.

Anahtar Kelimeler: Veri bilimi, İstatistiksel öğrenme, Malzeme Bilimi, Nanopartiküller, Veri analizi