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  手性是自然界的基本屬性之一，生命過(guò)程中廣泛存在著手性的產(chǎn)生、傳遞、放大和調(diào)控。受此啟發(fā)，合成特定手性結(jié)構(gòu)的聚合物，研究其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和功能，已成為當(dāng)今高分子科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。然而有機(jī)聚合物材料的光學(xué)活性普遍十分微弱，已成為制約手性微納光子學(xué)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸問(wèn)題。在前期工作中，中科大鄒綱教授課題組將圓偏振光、磁圓二向色性（Nat. Commun. 2014, 5, 5050）、超手性光（Nat. Commun. 2018, 9, 5117）以及手性等離子體誘導(dǎo)（Nat. Commun. 2020, 11, 1188）等引入到不對(duì)稱(chēng)光聚合體系中，發(fā)展了一系列手性聚合物功能材料的可控合成新方法。

  探索和理解材料結(jié)構(gòu)和手性光學(xué)功能間的構(gòu)效關(guān)系是實(shí)現(xiàn)手性光學(xué)器件理性設(shè)計(jì)和研發(fā)的基礎(chǔ)，通過(guò)逆向設(shè)計(jì)指導(dǎo)手性結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)構(gòu)筑，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料手性光學(xué)功能的任意操縱是人們不斷追求的夢(mèng)想。有機(jī)聚合物材料的工藝參數(shù)復(fù)雜、設(shè)計(jì)空間巨大，而基于“窮舉”、“試錯(cuò)”等手段的傳統(tǒng)研究范式，在面對(duì)龐大的化學(xué)空間、配方和工藝的搜索時(shí)，卻常常止步于局部最優(yōu)，無(wú)法進(jìn)行全局探索。在前期工作中，中科大江俊教授團(tuán)隊(duì)研制出了全球首個(gè)數(shù)據(jù)智能驅(qū)動(dòng)的全流程機(jī)器化學(xué)家（Natl. Sci. Rev. 2022, 9, nwac190），實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)與智能模型雙驅(qū)動(dòng)下的合成-表征-測(cè)試全流程開(kāi)發(fā)，在高熵催化劑等體系中建立全局搜索模型并找出了全局最優(yōu)解。

圖2 手性聚合物功能薄膜的正向精準(zhǔn)預(yù)測(cè)與逆向設(shè)計(jì)

圖3手性聚合物功能膜的按需逆向定制

圖4聚合物手性光學(xué)薄膜用于圓偏振多色激光顯示。

圖5 圓偏振熒光復(fù)合薄膜的逆向、精準(zhǔn)定制。

  該研究基于數(shù)據(jù)智能驅(qū)動(dòng)的機(jī)器化學(xué)家平臺(tái)，構(gòu)建薄膜結(jié)構(gòu)參數(shù)、光譜特性和薄膜手性光學(xué)響應(yīng)間的耦合映射關(guān)系，能有效克服聚合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜性給材料構(gòu)效關(guān)系研究帶來(lái)的困擾，突破傳統(tǒng)手性光學(xué)材料設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)信息精度差、效能預(yù)測(cè)難等瓶頸，實(shí)現(xiàn)按需定制，指導(dǎo)特定手性光學(xué)功能的聚合物薄膜的精準(zhǔn)制備。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-41951-x