我校本科生以第一作者身份在国际知名高分子期刊上发表论文 | 昆山杜克大学

我校本科生以第一作者身份在国际知名高分子期刊上发表论文

2021年8月11日
数据科学专业本科生曲忠航


图片配文:数据科学专业本科生曲忠航

昆山杜克大学数据科学专业本科生曲忠航近日在高分子领域内国际知名期刊上以第一作者身份发表论文。

曲忠航刚刚读完大二,他参与的聚合物纳米复合材料特性项目研究结果最近发表于美国化学学会期刊《大分子》(Macromolecule)上。聚合物纳米复合材料是通过添加无机纳米颗粒,赋予有机材料额外的特性,如更高的强度或抗腐蚀性,揭示这些混合材料的特性有助于未来对这些特性进一步改进提升。

曲忠航表示:“这个项目提供的有效工具有助于推进对这些材料的研究。我感到自己扎实地参与到了一个很重要的项目。”

该研究项目为期六个月,研究团队成员包括曲忠航,昆山杜克大学化学系助理教授张凯博士,哥伦比亚大学化学工程系教授萨纳特·库马尔 (Sanat Kumar),和华盛顿大学博士后研究员安德鲁·希门尼斯 (Andrew Jimenez) 博士。

曲忠航在团队中扮演的角色决定了他必须 “长时间在电脑前工作”,由于新冠防疫措施,他通常在学校宿舍里工作,并通过在线视频电话与研究团队成员交流。

该研究项目旨在量化聚合物纳米复合材料中纳米颗粒的数量和间距,这种有机材料通过添加无机颗粒获得额外的性能,通常被应用于医疗设备制造和工程等领域。更好地了解纳米颗粒在其中的分布可以有助于揭秘它们为什么拥有特殊性能,从而让未来的进一步改进成为可能。

目前,研究人员依靠观察透射电子显微镜(TEM)图像(一束电子穿过材料形成图像)和使用散射探针(如小角度X射线)获取有关纳米·粒子分布的信息。传统的使用手工算法来定位纳米粒子位置的方法不够准确,无法检测纳米粒子的链和集群。

在这次研究中,曲忠航和研究团队成员通过开发人工智能模型,改进了量化纳米粒子分布的能力。该模型可以分析聚合物纳米复合材料的TEM图像,给出更准确的位置信息。

曲忠航回忆道,项目的“高光时刻”是发现人工智能模型学会了识别最初仅有的几张TEM图像。看到自己辛辛苦苦开发的模型真正地发挥了作用“真的太令人兴奋了。”

然而,这并不是曲忠航第一次感受到计算科学带来的欣喜。曲忠航来自山东,两岁时父亲送给了他人生的第一台电脑,自此他就迷上了计算科学。这算是曲忠航来到昆山杜克学习数据科学之旅的开端,因为父亲的礼物不仅是学习英语的工具,还激发了他对计算科学的热情。

和其他早早拥有电脑的同龄人不同,曲忠航对计算机的兴趣没有止步于游戏,在12岁时,他加入了学校的计算机兴趣小组,完成了最初的两个程序——一个计算器和一个简单的脚本游戏。

在高中时,曲忠航参加了全国性的奥林匹克信息学竞赛。他一路过关斩将,最终名列前茅。这段经历开阔了他的视野,再加上他对计算科学的热爱,最终让曲忠航决定报考昆山杜克大学并主修数据科学专业,将编程的热情应用于重要的科学研究中。

曲忠航表示:“数据科学是一个高度跨学科的专业。我很喜欢与其他学科领域的人一起工作并向他们学习,人工智能的概念也很令人兴奋。”

尽管在本科阶段就取得了引以为傲的研究成就,但曲忠航没有打算停下脚步。他已经和张凯博士一起参与了几个新的跨学科研究项目,包括在TEM图像中检测有方向的方形微晶体,以及计算多粒子紧密堆积的数量。曲忠航即将升入大三,除了继续在昆山杜克大学学习和参与科研,他还期待着明年前往位于美国北卡罗来纳州达勒姆市的杜克大学进行交流学习。