我们的大部分日常用品，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变成固体。由于冷却过程的不同，液晶、溶液、聚合物和生物材料形成了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特性。出于这个原因，了解冷却过程如何进行以及如何控制它对于物理学、生物学、材料科学和工程学等不同的研究领域非常重要。
在许多情况下，冷却过程中固体的形成始于纳米结构的形成，对此经典成核理论 (CNT) 给出了简单的解释。然而，碳纳米管不能定量解释一些重要的物理性质，如纳米结构的速率形成。分子模拟是一种很有前景的技术，它可以观察单个分子的微观运动，计算纳米结构的数量，并量化它们如何增加。然而，单独使用分子模拟难以观察到多种纳米结构，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，冷却过程中液晶中特征纳米结构的存在已经根据X射线散射实验进行了预测。然而，这种纳米结构的细节不能单独通过分子模拟来揭示，仍然是一个悬而未决的问题。
新能源与工业技术发展组织(NEDO)的“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三位一体加速有机和高分子功能材料的发展。科学、过程技术和测量技术. 作为该项目的一部分，先进工业科学与技术研究所(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，Takeshi Aoyagi 博士， AIST CD-FMat首席研究经理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，特别关注纳米结构作为一个起点。他们的研究重点是液晶、典型的有机和聚合物功能材料的冷却过程。
他们开发了一种新的分析方法，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三步过程，并阐明了其机理。
研究成果于2021年9月6日发表在英国跨学科科学期刊《自然通讯》上。
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