科大工學院破解界面聚合加速機制

香港科技大學（科大）研究團隊在界面聚合領域取得兩項重大突破，為製備先進功能材料提供關鍵方法。透過結合量子力學與機器學習，團隊揭示水分子如何在分子層面促進反應的機制；同時成功將微膠囊設計由傳統試錯模式，轉化為可預測的科學方法。

這兩項研究展現了基本機制洞見與數據驅動方法如何相輔相成，突顯兩者在推動界面聚合研究上的協同效應。相關研究由科大機械及航空航天工程學系教授楊晶磊教授的團隊與加州理工學院、中國科學院及香港中文大學（深圳）合作完成，成果發表於《ACS Catalysis》，論文題為「Interfacial Polymerization of TEPA and HMDI: The Role of Water」，並同時刊登於《Advanced Materials》，題為「Programming Interfacial Polymerization: Machine Learning Unveils Quantitative Rational Design Rules for Microcapsules and Beyond」。其中前者的共同第一作者為楊教授團隊的博士後研究員劉碧媛博士與張雍淋博士，後者的獨立第一作者為楊教授團隊的博士候選人韓昱子。

在其中一項研究中，團隊探討胺與異氰酸酯為何能在水油界面迅速反應。透過量子力學計算，研究人員發現單一水分子可充當質子轉移的橋樑，大幅降低反應所需能壘。這項原子尺度的發現揭示了水的催化作用，亦為調控反應速率及聚合物形貌奠定理論基礎。

楊教授指出：「這項研究為水分子如何在分子層面促進界面聚合提供直接證據。有效掌握這個機制，是調控反應動力學及所得薄膜奈米形貌的關鍵。」

在同一系列研究中，團隊針對界面聚合微膠囊化長期依賴經驗配方的挑戰，建立綜合實驗數據庫，結合可解釋符號機器學習演算法，首次建構量化設計準則，以解析化學性質、物理化學場、微觀結構與性能之間的複雜因果關係。此方法進一步揭示影響封裝效率、粒徑以及殼層厚度與形貌的理性設計規則，使具特定性質與功能的微膠囊可被程式化設計。

楊教授表示：「我們將微膠囊化從經驗驅動的工藝轉變為可預測的科學。我們的AI驅動平台使我們能根據底層物理化學設計原則，理性設計出具有量身訂製特性的微膠囊，應用範圍從自癒材料到藥物遞送系統，極為廣泛。」

（原文由香港科技大學環球事務及傳訊處在此發布。）