计算高分子与软物质模拟 Polymer Simulation · Soft Matter · AI Materials Discovery

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从分子模拟到 AI 材料发现：理解并设计复杂高分子体系

研究围绕高分子自组装、聚合物纳米复合物、单链纳米粒子、滑环/聚轮烷体系和软物质动力学展开。核心方法是将全原子与粗粒化 molecular dynamics、统计物理图像、结构-性质关系和 AI-assisted materials discovery 结合起来，服务于可解释、可验证的高分子材料设计。

高分子自组装 聚合物纳米复合物 单链纳米粒子 Polyrotaxane Molecular Dynamics AI for Polymer Materials

研究内容

我的研究长期围绕计算高分子科学与软物质物理展开，重点关注高分子链构象、纳米填料界面、自组装形貌、玻璃化动力学和拓扑约束体系中的结构-动力学关系。研究对象包括 block copolymers、polymer nanocomposites、single-chain nanoparticles、polyrotaxane 以及 hydrogen-bonded supramolecular polymers 等复杂高分子体系。

主要研究方向

01

高分子自组装与纳米结构调控

围绕 conjugated block copolymers、polyoxometalate clusters 和 block-copolymer-like nanoparticles，研究 π-π interactions、enthalpy-driven assembly、薄膜厚度和配体流动性如何决定二维方形组装、相行为与纳米结构尺寸。

02

聚合物纳米复合物界面结构与动力学

通过 full atomistic molecular dynamics 和 coarse-grained simulations 分析 attractive nanoparticles、POSS nanofillers、side-group interactions 对界面层结构、链段松弛、hopping diffusion、glass transition temperature 和 viscosity reduction 的影响。

03

单链纳米粒子与超冷高分子熔体

关注 single-chain nanoparticles 在 cosolvent condition 下的 compactness、supercooled melt structure、segmental dynamics 与温度响应，揭示链内折叠、局部拥挤和玻璃化动力学之间的联系。

04

Polyrotaxane 与滑环软物质动力学

围绕 rings on polyrotaxane、slide rings excluded volume 和 anomalous segmental dynamics，研究拓扑约束、熵驱动 localization、sliding dynamics 与链段松弛行为，连接高分子拓扑结构和宏观动力学性质。

当前延伸方向：AI for Polymer Materials

基于上述研究积累，后续方向可以自然延伸到高分子人工智能材料发现：把分子模拟生成的结构、动力学、热力学和界面证据转化为可学习的数据表示，再用 graph neural networks、active learning、generative modeling 和 LLM-assisted workflows 提升候选材料筛选效率。

这一路线强调 AI 与物理模拟互补：AI 负责搜索、排序和不确定性评估；molecular dynamics 与物理模型负责验证、解释和产生可信训练信号。

数据层构建高分子结构-性质数据基础。 包括链构象、纳米填料分布、界面层厚度、Tg、扩散、黏度和松弛时间等。
模型层建立面向高分子结构的 representation。 结合 repeat unit、chain topology、composition、interaction parameters 与 simulation descriptors。
验证层用模拟闭环约束 AI 预测。 对高价值候选结构进行 MD 验证，形成可复现 benchmark 和误差分析。
应用层服务功能高分子设计。 面向低黏度、高离子传输、可控自组装、高 Tg 或特定界面相容性的材料筛选。
研究定位： 以计算模拟为基础，以高分子物理问题为核心，以 AI 材料发现为新的方法出口。目标是在微观结构、界面相互作用、链段动力学与宏观材料性能之间建立可解释、可验证的联系。

文章列表

代表性论文覆盖高分子自组装、纳米复合物界面动力学、单链纳米粒子、polyrotaxane 与超分子高分子等方向。文章题名保留英文原文，便于检索和引用。

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