我们的大多数日常用品，例如塑料、合金和加工食品，都是以固体形式提供的，它们通常通过受控冷却过程从液体混合物加工成固体。液晶、溶液、聚合物和生物材料由于冷却过程的差异而形成各种各样的结构模式。这些图案提供了多种功能，并且可以显着影响固体产品的性能。因此，了解冷却过程如何进行以及如何控制它对于物理、生物学、材料科学和工程等不同研究领域非常重要。
在许多情况下，冷却过程中固体的形成是随着纳米结构的形成而开始的，经典成核理论（CNT）对此给出了简单的解释。然而，碳纳米管无法定量地解释一些重要的物理性质，例如纳米结构形成的速率。分子模拟是一种很有前景的技术，能够观察单个分子的微观运动，计算纳米结构的数量，并量化它们的增加方式。然而，有许多种纳米结构很难单独使用分子模拟来观察，人们正在设想将分子模拟与其他先进技术相结合来克服这一困难。例如，基于X射线散射实验预测了液晶在冷却过程中特征纳米结构的存在。然而，这种纳米结构的细节无法仅通过分子模拟来揭示，并且仍然是一个悬而未决的问题。因此，人们非常希望开发计算技术，为高精度识别纳米结构提供新的分析方法，从而促进创新材料的设计。
新能源和产业技术开发组织（NEDO）“超先进材料开发项目的超高通量设计和原型技术”的目标之一是通过计算科学、工艺技术和测量技术三位一体加速有机和聚合功能材料的开发。作为该项目的一部分，米乐m6官方网站（AIST）先进功能材料计算设计研究中心（CD-FMat）高级研究员Kazuaki Z Takahashi博士、AIST CD-FMat首席研究经理Takeshi Aoyagi博士和九州大学理学院物理系教授Jun-ichi Fukuda博士一直在开发旨在控制材料结构的技术，特别关注以纳米结构为起点。他们的研究重点是液晶、典型有机和聚合功能材料的冷却过程。
他们开发了一种新颖的分析方法，结合分子模拟和人工智能（AI）来观察淬火液晶中特征纳米结构的形成过程。他们发现了经典成核理论无法解释的纳米结构的三步过程，并阐明了其机理。
研究成果发表在英国跨学科科学期刊上自然通讯2021 年 9 月 6 日（英国夏令时间）。
标题：各向异性分子的多步成核
作者：Kazuaki Z Takahashi、Takeshi Aoyagi、Jun-ichi Fukuda
期刊：自然通讯
DOI：https://doiorg/101038/s41467-021-25586-4