Explorando descritores moleculares para previsão de bandgaps de materiais cristalinos 2D

dc.contributor.advisor1Lima, Matheus Paes
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1835846543912999
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-5389-7649
dc.contributor.authorReis, Igor Rodrigues dos
dc.date.accessioned2026-08-13T19:03:46Z
dc.date.issued2026-07-15
dc.description.abstractAmong the materials studied in materials science, two-dimensional materials have particularly relevant applications. With the advancement of computational techniques, many of these materials have been theoretically predicted even before their experimental synthesis. Due to the numerous potential applications of two-dimensional materials, it is important to understand electronic properties such as the bandgap. This work proposes investigating ways to predict bandgap values using geometric parameters of materials; for this purpose, molecular descriptors were employed to represent these parameters. For the prediction task, a neural network based on a Multi-Layer Perceptron (MLP) algorithm was used. The descriptors were selected according to the characteristics of the problem. In this work, the chosen descriptors were the Coulomb Matrix, SOAP, and MBTR. Among the studied descriptors, the best performance was achieved using the MBTR descriptor. The Coulomb Matrix descriptor was used as a baseline for comparison with descriptors that are more suitable for the proposed task. The best obtained R2 value was 0.7492, indicating that the model has a good ability to capture the general behavior of the data. The present work shows that there are limitations in training neural networks for bandgap prediction, arising from the size of the database, the distribution of values between the minimum and maximum limits, limitations in representing crystal structures through molecular descriptors, and the techniques employed during network training, among other factors. However, it also demonstrates that this approach has a promising future for bandgap prediction, since databases are continuously expanding, there are ways to overcome descriptor limitations, and more precise neural network tuning can considerably improve prediction quality.eng
dc.description.resumoDentre os materiais estudados na ciência dos materiais, os materiais bidimensionais apresentam aplicações particularmente relevantes. Com o avanço das técnicas computacionais, muitos desses materiais passaram a ser previstos teoricamente antes mesmo de sua síntese experimental. Devido às diversas aplicações potenciais dos materiais bidimensionais, torna-se importante conhecer propriedades eletrônicas, como o bandgap. Este trabalho propõe investigar formas de prever valores de bandgap utilizando parâmetros geométricos dos materiais. Para isso, descritores moleculares foram utilizados para representar esses parâmetros. Já para a previsão, foi utilizada uma rede neural, baseada em um algoritmo de MLP para a tarefa. Os descritores utilizados foram escolhidos de acordo com as características do problema. Para este trabalho, os descritores escolhidos foram: Matriz de Coulomb, SOAP e MBTR. Entre os descritores estudados, o melhor desempenho foi obtido utilizando o descritor MBTR. O descritor Matriz de Coulomb foi utilizado como linha de base para comparação com descritores mais adequados à tarefa proposta. O melhor valor de R2 obtido foi 0,7492, indicando que o modelo possui boa capacidade de capturar o comportamento geral dos dados. O presente trabalho mostra que há limitações no treinamento de redes neurais para a previsão de bandgaps, decorrentes da extensão do banco de dados, da distribuição dos valores entre os limites máximo e mínimo, das limitações na representação da estrutura cristalina por meio de descritores moleculares e das técnicas empregadas durante o treinamento da rede, entre outros fatores. Entretanto, também mostra que essa técnica apresenta um futuro promissor para a previsão de bandgaps, visto que os bancos de dados são expandidos com frequência, existem maneiras de contornar as limitações dos descritores e, com ajustes mais precisos das redes neurais, é possível melhorar consideravelmente a qualidade das previsões.por
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamento
dc.identifier.citationREIS, Igor Rodrigues dos. Explorando descritores moleculares para previsão de bandgaps de materiais cristalinos 2D. 2026. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Física) – Universidade Federal de São Carlos, Campus São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/24538.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/24538
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.centerCentro de Ciências Exatas e de Tecnologia - CCET
dc.publisher.courseFísica - F
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
dc.subjectAprendizado de máquinapor
dc.subjectBand gappor
dc.subjectDescritores molecularespor
dc.subjectMateriais bidimensionaispor
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA::ESTADOS ELETRONICOS
dc.subject.ods7. Energia limpa e acessível
dc.titleExplorando descritores moleculares para previsão de bandgaps de materiais cristalinos 2Dpor
dc.title.alternativeExploring molecular descriptors for bandgap prediction in 2D crystalline materialseng
dc.typeTCC

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