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凝聚态物理 > 软凝聚态物理

arXiv:2411.00134 (cond-mat)
[提交于 2024年10月31日 ]

标题: 基于散射的梯形聚合物结构机器学习辅助表征

标题: Machine Learning-Assisted Profiling of Ladder Polymer Structure using Scattering

Authors:Lijie Ding, Chi-Huan Tung, Zhiqiang Cao, Zekun Ye, Xiaodan Gu, Yan Xia, Wei-Ren Chen, Changwoo Do
摘要: 梯形聚合物因其刚性梯形结构而闻名,表现出卓越的热稳定性和机械强度,使其成为先进应用的候选材料。 然而,从溶液散射中准确确定其结构仍然是一个挑战。 它们的链构象主要由单体的固有取向特性和它们的相对取向所决定,导致弯曲角度呈现双峰分布,这与传统聚合物链的弯曲角度遵循单峰高斯分布不同。 同时,传统的聚合物链散射模型并未考虑这些独特的结构特征。 本研究引入了一种新方法,将机器学习与蒙特卡洛模拟相结合,以解决这一挑战。 我们首先开发了一种蒙特卡洛模拟,用于采样梯形聚合物的构型空间,其中每个单体被建模为双轴段。 然后,我们建立了一个基于高斯过程回归的机器学习辅助散射分析框架。 最后,我们在一种梯形聚合物溶液上进行了小角中子散射实验,以应用我们的方法。 我们的方法揭示了传统方法无法捕捉到的梯形聚合物的结构细节。
摘要: Ladder polymers, known for their rigid, ladder-like structures, exhibit exceptional thermal stability and mechanical strength, positioning them as candidates for advanced applications. However, accurately determining their structure from solution scattering remains a challenge. Their chain conformation is largely governed by the intrinsic orientational properties of the monomers and their relative orientations, leading to a bimodal distribution of bending angles, unlike conventional polymer chains whose bending angles follow a unimodal Gaussian distribution. Meanwhile, traditional scattering models for polymer chains do not account for these unique structural features. This work introduces a novel approach that integrates machine learning with Monte Carlo simulations to address this challenge. We first develop a Monte Carlo simulation for sampling the configuration space of ladder polymers, where each monomer is modeled as a biaxial segment. Then, we establish a machine learning-assisted scattering analysis framework based on Gaussian Process Regression. Finally, we conduct small-angle neutron scattering experiments on a ladder polymer solution to apply our approach. Our method uncovers structural details of ladder polymers that conventional methods fail to capture.
评论: 8页,9图,
主题: 软凝聚态物理 (cond-mat.soft) ; 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci); 计算物理 (physics.comp-ph)
引用方式: arXiv:2411.00134 [cond-mat.soft]
  (或者 arXiv:2411.00134v1 [cond-mat.soft] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2411.00134
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
相关 DOI: https://doi.org/10.1039/D5DD00051C
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来自: Lijie Ding [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2024 年 10 月 31 日 18:34:11 UTC (2,583 KB)
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