分子設計
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
分子設計的實例教程
由于純有機分子的旋軌耦合比較弱和三線態對溫度和氧氣高度敏感，長期以來有機材料被認為是沒有磷光的。最近，有研究證明一些純有機化合物表現出高效的固態RTP，但其發光效率和壽命不可兼得。縱觀目前的純有機室溫磷光材料，有些是效率高但壽命短，有些是效率低但壽命長。為了解決這一難題，幾個課題組設計芳香類羰基化合物，期望利用混合的n/p基團來不同程度地調控磷光效率和壽命。但這種方案也是部分成功，部分失敗。所以，闡明有機RTP材料的發光機制，構建普適的磷光分子設計規則是此領域面臨的一項巨大挑戰。
【成果簡介】
清華大學帥志剛教授和中科院化學所彭謙副研究員（共同通訊）等人提出了一對分子描述符來表征磷光效率和壽命。由羰基和π-共軛片段組成的典型RTP體系，其激發態可以視為n→π*躍遷（α）和π→π*躍遷（β）兩組分的組合，即α + β = 1。他們基于光致磷光的基本光物理過程，特別是單線態與三線態相互轉化所遵循的El-Sayed規則，引入了分子描述符γ和β，其數值的大小與分子單/三線態激發態的（n，π*）和（π，π*）躍遷成分有關。結合量子力學/分子力學（QM/MM）方法，他們揭示了分子描述符（γ，β）與磷光效率和壽命以及旋軌耦合之間的關系。他們提出，大的γ和β值有利于有機材料中強的、長壽命的RTP。這些分子設計原則，已被實驗所證實和報道。該研究發表于Journal of the American Chemical Society，題為“Efficient and Long-lived Room Temperature Organic Phosphorescence: Theoretical Descriptors for Molecular Designs”。
展開 因此，發展合理的分子設計策略調制有機半導體材料的物理化學性質進而制備高效有機光伏材料，是提升有機太陽能電池效率的關鍵。
基于以上背景，蘇州大學崔超華教授課題組應邀系統評述了近年來有機光伏材料的研究進展。首先介紹了高效有機光伏材料的分子設計準則，強調了有機光伏材料的創新發展對器件性能提升的重要意義；然后針對有機光伏材料的能級調制對提升器件開路電壓的重要性，系統介紹了烷硫基側鏈工程在調控能級、提升光伏性能的策略：通過烷硫基側鏈策略分別在給電子單元、缺電子單元及共軛π橋的應用，有效調制能級，提升器件開路電壓及能量轉換效率；針對有機光伏器件活性層形貌調控的難點與挑戰，介紹了如何從光伏材料的分子設計層面有效調制分子的聚集態行為、優化活性層形貌，提升器件光伏性能：聚合物給體材料的共軛側鏈策略、小分子給體材料的柔性側鏈策略以及三元共混策略調控共混膜形貌；最后，探討和展望了現階段有機太陽能電池研究過程中存在的科學問題及未來的發展方向。
上述工作以專論形式即將在《高分子學報》2021年第6期"高分子優秀青年學者專輯"印刷出版。通訊作者為蘇州大學崔超華教授。
原文鏈接：
http://www.gfzxb.org/thesisDetails#10.11777/j.issn1000-3304.2021.21068
來源：高分子學報
相關進展
蘇州大學李永舫院士團隊崔超華副教授《Adv. Mater.》
展開 在每一節中都專注于一級和二級結構級別的設計，并討論它們與機械響應的相互作用（圖1）。
相關綜述論文以“Protein-Based Biological Materials: Molecular Design and Artificial Production”為題于2023年1月24日發表在《Chem. Rev.》上。
圖1 蛋白質基生物材料的分子設計和人工生產
1. 細胞外蛋白質的測序：歷史視角
在過去十年中，下一代測序(NGS)和蛋白質組學技術及其相關生物信息學軟件的快速發展大大緩解了這些限制，提供了一系列加速發現的強大工具，尤其是在協同使用時。雖然這些先進的方法占據了蛋白質發現的中心舞臺，但仍然需要傳統的生化和分子生物學方法來識別調節蛋白質材料最終功能的重要分子特征，例如PTM或交聯化學。一旦獲得這些信息，再加上對序列-特性關系的深入了解，就可以將其轉化為通過DNA重組技術人工制造基于蛋白質的材料。
本節重點介紹了四種細胞外纖維和彈性蛋白材料，它們舉例說明了完全識別其端到端序列所需的廣泛時間線，即：(i)節肢彈性蛋白，(ii)彈性蛋白，(iii)絲素蛋白，和(iv)貽貝粘附蛋白（圖1）。
圖2 承載蛋白的時間軸
在21世紀初，下一代測序(NGS)方法是另一個技術飛躍，極大地促進了基因組和轉錄組的研究。在NGS技術中，RNA測序(RNA-seq)在加速仿生研究的分子發現方面產生了重大影響。
展開 材料的缺陷敏感性
這個概念將微觀的分子損傷機制與宏觀的斷裂強度直接聯系起來，為通過分子設計（如調整網絡結構、引入能量耗散機制）來調控材料對缺陷的容忍度指明了方向。那么，如何測量并獲取這個關鍵的材料本征長度參數？
從設計指南到工程數據：
測量的橋梁
03
PART
鎖志剛教授團隊的工作，為材料科學家描繪了壯麗的藍圖。而將其轉化為工程師可用的設計數據，則需要精準可靠的實驗測量作為橋梁。
在E-rubber易瑞博科技，我們長期專注于橡膠及復合材料斷裂與疲勞行為的工程化測試與量化分析。我們的工作，正是致力于搭建這座從學術理論到工業應用的橋梁。
01
量化“韌性”與“疲勞門檻值”
我們提供的 “最大撕裂能測試” ，直接對應理論中的材料能量釋放率測量。通過該測試，可明確材料抵抗裂紋起裂與擴展的本征能力。這不僅是材料篩選的關鍵指標，更是后續一切疲勞壽命預測的基準數據。
變速處理后最大撕裂能測試演示
02
解析循環載荷下的裂紋擴展行為
針對文中重點討論的疲勞裂紋問題，我們提供 “全松弛疲勞裂紋擴展測試” ，此測試可精確獲得材料的裂紋擴展速率（da/dN）與撕裂能的關系曲線，并識別出疲勞門檻值 Gth。對于以天然橡膠為代表的具有應變結晶（SIC，strain-induced cystallization）效應的高分子材料，我們提供”非全松弛疲勞裂紋擴展測試“，測試結果可以幫助工程師理解和表征材料的應變結晶效應對疲勞裂紋擴展的阻礙作用，對于比較和優化材料的配方具有重要意義。
展開 渦輪分子泵是一種精密高速旋轉機械，在設計過程中對主軸、轉子等關鍵件的設計作科學準確的計算、校核尤為重要。文章闡述了借助PRO/E、PRO/MECHANICA?軟件（試用版）對渦輪分子泵的渦輪葉片進行結構設計、有限元分析（應力分析及位移分析），大大提高了設計的準確率、增強了設計的可靠性及縮短了產品的研發周期。把CAD、CAE有效地應用于實際的產品結構設計中，將會對產品的研發起很大的作用。
<p?style="text-indent:2em;">
渦輪分子泵是一種精密高速旋轉機械系統，主要用來獲得高真空和超高真空。目前國內外飛速發展的半導體電子產業、半導體照明產業、平板顯示產業、太陽能電池產業、光學元器件產業、薄膜產業推動了分子泵的快速發展；與此同時，介于時代及行業的迫切要求，在分子泵的設計過程中，一種“短周期性、高可靠性”的設計理念應運而生，然而分子泵的設計本身就是一個相對比較復雜的過程，要實現“短周期性、高可靠性”的設計理念，單憑傳統的設計方法遠遠做不到，必須借助當今的主流CAD、CAE?軟件協作方可實現。
<p?style="text-indent:2em;">
PRO/MECHANICA是PTC公司開發的有限元分析軟件，該軟件與該公司的PRO/E完全無縫集成，即通過PRO/E構建的3D幾何模型，可以直接引入PRO/MECHANICA?里做結構或熱力學分析，而當3D幾何結構有變更時，PRO/MECHANICA里所建立的結構或熱力學分析經過簡單的“分析更新”即可方便讓分析結果隨著更新，完全做到無數據損失，這樣，PRO/MECHANICA就能讓結構設計師們將精力集中在設計工作上，在設計初期就能因為結合了分析，實時優化結構，而縮短整個設計周期，從而降低設計成本，這也是其他主流CAE?軟件無法比擬的優點。
<p?
展開 
分子設計的相關專題、標簽、搜索
分子設計的最新內容
該論文系統性地為高分子材料的“抗裂性”研究構建了從熱力學框架到分子設計原理的清晰圖譜。
這篇論文不僅是一份學術總結，更是一份面向未來的抗撕裂、抗疲勞高分子材料“設計指南”。
我們的此項測試，通過精確測量裂紋擴展速率（da/dN），能直接量化不同分子設計（如氫鍵密度、離子相互作用強度）在循環載荷下反復斷裂與重建的耗能效率，為評判分子設計方案的長期耐久性提供最直接的實驗證據。
其次，計算得到的鍵解離能對于分子設計、藥物發現和催化劑優化等領域具有指導意義。通過調節分子的結構，可以設計出具有較低鍵解離能的化合物，從而提高其反應活性或穩定性。
利用PI改性
分子設計角度出發，設計易于熔融加工的熱塑性聚酰亞胺（TPI），以進一步對 PEEK 進行改性，提升其性能。
分別合成了理論分子量為1.5w，3.0w和4.5w的熱塑型聚酰亞胺模塑粉（TPI），作為PEEK的改性原料。
我們提出了分子結構的基本設計方法，這將成為進一步加速藍色磷光OLED元件商用化的重要契機。”
姜教授作為共同通訊作者參與了此次研究，該研究成果最近已在材料工程領域的國際知名學術期刊《Advanced Materials》（IF=27.4）上發表。
分子生物學實驗室廣泛應用于大專院校教學、科研機構以及醫療衛生機構的科學研究。在進行植物組織培養之前，需要全面了解所需的基本設備條件，以便靈活利用現有房屋或者進行新建、改建實驗室。實驗室的規模應根據工作目的和規模確定，避免規模太小影響效率，尤其是對于工廠化生產的目標而言。分子生物學實驗室的設計和規劃必須科學合理。中壹聯實驗室裝修公司小編將詳細闡述分子生物學實驗室設計的原則、各功能區布局及設備配置
接枝改性、添加無機納米粒子并對聚合方法進行改進和優化，或者以特殊的分子結構設計無機、有機合成的中間體為原料，采用先進的合成工藝生產雜化可等克服以上缺點。
出光興產于1997年開發出藍色發光材料，并基于分子設計和有機合成技術，獲得了多項與OLED技術相關的重要專利。
出光興產的構想是，在位于日本千葉縣的公司總部進行基礎研究，在位于烏山的韓國法人專門進行應用研究。其意圖是，在鄰近三星顯示、LG顯示等主要客戶的韓國設立基地，從而克服日本企業存在的對客戶需求的反應慢的弱點。
分析與檢測：光學顯微鏡，SPM，AFM，LSI測試探測器，超精確度測量儀器，設計工具，模擬，電子顯微鏡(SEM，TEM)，分子設計軟件，壓力平臺，探針，電爐，白光干涉儀，橢偏儀，ZETA電位分析，實驗室粉體制備與檢測儀器（激光粒度儀，顆粒計數器等）。
ETH研究人員所設計磷脂分子在鈣鈦礦納米晶體周圍形成了一層保護層，使其能夠分散在非水有機溶液中，它們能夠確保量子點更連續地發射光子。（圖片：Kovalenko實驗室）
量子力學效應與超輻射
研究人員通過實驗證明，相干耦合效應也適用于鈣鈦礦量子點材料。通過量子力學效應，激子偶極子可以遍布量子點的整個體積，從而產生自己的幾個副本。
