AI‐Guided Inverse Design and Discovery of Recyclable Vitrimeric Polymers

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作者
Yiwen Zheng,Prakash Thakolkaran,Agni Kumar Biswal,Jake A. Smith,Ziheng Lu,Shuxin Zheng,Bichlien H. Nguyen,Siddhant Kumar,Aniruddh Vashisth
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
被引量:4
标识
DOI:10.1002/advs.202411385
摘要

Abstract Vitrimer is a new, exciting class of sustainable polymers with healing abilities due to their dynamic covalent adaptive networks. However, a limited choice of constituent molecules restricts their property space and potential applications. To overcome this challenge, an innovative approach coupling molecular dynamics (MD) simulations and a novel graph variational autoencoder (VAE) model for inverse design of vitrimer chemistries with desired glass transition temperature ( T g ) is presented. The first diverse vitrimer dataset of one million chemistries is curated and T g for 8,424 of them is calculated by high‐throughput MD simulations calibrated by a Gaussian process model. The proposed VAE employs dual graph encoders and a latent dimension overlapping scheme which allows for individual representation of multi‐component vitrimers. High accuracy and efficiency of the framework are demonstrated by discovering novel vitrimers with desirable T g beyond the training regime. To validate the effectiveness of the framework in experiments, vitrimer chemistries are generated with a target T g = 323 K. By incorporating chemical intuition, a novel vitrimer with T g of 311–317 K is synthesized, experimentally demonstrating healability and flowability. The proposed framework offers an exciting tool for polymer chemists to design and synthesize novel, sustainable polymers for various applications.
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