2025-11-29 12:35:42
快盈VIII官网-新研究破解庞大胶体自组装的“设计密码”—新闻—科学网
近日，松山湖质料试验室研究员元冰团队与姑苏年夜学教授杨恺团队相助，于繁杂胶体自组装逆向设计领域取患上庞大突破，开发出基在机械进修的�？榛嫦蛏杓普铰裕殖善平狻吧杓瓢德搿�。相干结果发表在《ACS纳米》。
自组装作为天然界构建繁杂结构的基本规则，为功效质料开发提供强盛助力。但怎样精准设计修筑单元（如补钉粒子），实现“逆向设计”以自觉组装成预设繁杂结构，一直是质料科学与物理学领域的难题。特别于高维设计参数空间中，传统试错法效率低、成本高。
两步法�？榛铰缘纳杓评淌纠�。研究团队供图，下同
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为此，研究团队提出的基在机械进修的�？榛嫦蛏杓普铰裕擅罱呶杓莆侍饨滴�。于目标结构设计里，仅用单一组分补钉粒子，就高效、精准实现了多种阿基米德镶嵌等繁杂超晶格结构的设计。此战略年夜幅降低盘算成本，获得更精简设计方案，为功效质料按需定制斥地新路径。
面临补钉粒子设计中“补钉位置”及“联合强度”等参快盈VIII官网-数耦合带来的高维繁杂性，团队立异推出“两步走”�？榛嫦蛏杓品桨�。第一步，基在遗传算法的“反向演化”高效筛选补钉位置。以目标结构为“初始态”，经由历程盘算成本低的反向演化模仿评估其稳定性，联合遗传算法全局搜刮能力，于重大离散参数空间迅速收敛，确定最优补钉结构。第二步，基在贝叶斯优化的“正向演化”精准调治联合强度。确定补钉位置后，参数空间维度降低，再使用贝叶斯优化算法对于补钉间联合强度这一连续参数邃密调治，以起码模仿次数找到最优解，确保设计方案于真实自组装中的可行性。
两步法�？榛嫦蛏杓普铰允居靡�。
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该战略上风显著，不仅能发现隐蔽于繁杂性暗地里的轻便纪律。以经典{3,3,3,4,4}阿基米德镶嵌为例，传统认为每一个粒子至少需5个补钉修筑，而团队应用新战略发现，仅需3个补钉的极简设计，经由历程巧妙使用非补钉区域接触作用，就能实现目标结构自组装。这注解机械进修辅助的非偏见性搜刮，可有用摸索传统要领纰漏的设计空间，找到更高效、易试验实现的解决方案。与现有要领相比，该战略于摸索设计空间方面鲁棒性更强，能发现差异自组装路径并获得性能更优结构，另有乐成推广到更繁杂的非阿基米德镶嵌等结构设计中，普适性卓着。
该研究事情整合遗传算法与贝叶斯优化，建设高效、稳健的补钉粒子�？榛嫦蛏杓瓶蚣埽倘缬谂趟慊芯傩小岸ㄏ蜓莼保芷揪菰ど枘勘杲峁怪鞫频汲鲂拗ピ⒉谎拧吧杓瓢德搿�。
{3, 3, 3, 4, 4}阿基米德镶嵌的极简设计。
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“该研究为胶体科学、软物资物理等领域提供强盛理论设计工具，也为光子晶体、催化剂载体及低磨擦涂层等进步前辈功效质料开发指明标的目的。”该论文第一作者、松山湖质料试验室联培博士生许一唯称，随着DNA折纸等试验技术前进，将in silico设计方案转化为高性能实体质料为期不远，质料“按需定制”时代正加速惠临。
相干论文信息：https://doi.org/10.1021/acsnano.5c10787
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