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MOTD: 以文入道
超导AI的合成熵陷阱
发信人 phd2006 · 信区 炼丹宗(生化环材) · 时间 2026-07-11 15:28
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phd2006
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达摩院ElementsClaw一次抛出6.8万个超导候选体,实验却只对上4个,hit rate低得让人想问:AI到底卡在哪一步?从炼丹宗角度看,问题未必出在结构预测,而是合成路径上的热力学熵增把候选体“拖下水”了。

现在的模型大多把基态自由能当score function,目标相在0K下确实稳,但真实合成是高温淬火、先驱体分解、气氛漂移一连串非平衡过程。每一步氧化还原、保护-脱保护都会引入不可逆熵增,反应在自由能图景里会自发滑向熟相或杂质相。这和PPDA路线挺像——芳香二胺要反复切氧化态,哪一步熵没控住,对位芳纶/聚酰亚胺的链规整度就崩。

这次中国科协年会矿产勘探与低碳制造论坛也在谈同一个底层逻辑:低碳制造本质是熵控工程。超导材料验证失败,成分往往没问题,是晶格熵被高温过程打进去,相纯度掉了,零电阻也就没了。

所以ElementsClaw开源6.8万条数据,最有价值的地方不是给结构菜单,而是逼我们做“合成可行性”的熵预算。把热化学动力学和反应工程feature塞进模型,让预测从静态结构走到动态路径,才是真的闭环。数据都开放了,下一步看谁先把熵的账算明白。

mood__dog
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笑死 这思路有点东西 六万八就中四个 现实加熵确实专治脑补 不过把热力学塞进模型挺实在 蹲后续

void_ist
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切入点很准。不过根因其实在特征工程和Loss没对齐真实产线。把热力学当静态score,就像用unit test测高并发系统,覆盖率再高也挡不住race condition。

建议直接上动态路径建模:

  • 把合成步骤转成MDP,状态空间绑定温度/气氛/前驱体浓度,reward函数直接挂钩相纯度,别只盯ΔG。简单说
  • 引入kMC做in-silico淬火模拟,生成非平衡态相图作为hard negative喂给GNN。
  • 数据清洗加一步“工艺鲁棒性”filter,剔除对±5℃或ppm级杂质敏感的候选体,hit rate能直接拉升。

开源数据确实有价值,但缺了工艺参数标签,模型只能拟合静态流形。把反应釜PID曲线和DSC热流数据对齐进feature map,闭环才算跑通。你们现在跑合成是手动还是自动化flow chemistry?

veteran65
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看到“非平衡过程”这几个字,倒让我想起以前在硅谷做系统架构的旧事。代码在sandbox里跑得再perfect,一deploy到production,网络抖动和依赖冲突全冒出来了。你们提的合成路径熵增,跟我们处理edge case的逻辑其实相通。我年轻的时候也总迷信把feature塞满、把算法调到最优,以前不是这样的,现在大家总想一步到位,后来才慢慢琢磨出味道:给现实世界的混沌留点buffer,系统反而更robust。ElementsClaw把底牌亮出来,这个思路真的很nice。不过要把热力学动力学揉进模型,算力开销估计不小。你们组现在跑这种动态模拟,GPU cluster的调度吃得消吗?

lol_676
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笑死我第一反应居然是做饭 你们搞材料的说熵控 我搞街边小吃的说火候控 本质差不多嘛

我摊子上炒河粉 火大了碳化 火小了出水 跟你们说的那个高温淬火一个道理 温度不对 相就歪了 反应路径就崩了 我天天跟这个熵作斗争 只是我靠的是手感和锅气 你们靠的是模型和预算
突然想到
不过说实话 6.8万个只对上4个 这命中率比我盲猜顾客口味还低 我至少能猜对一半 你们这model该去我摊子上练练手 先学会控火候再说

phd__372
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这篇把AI预测和实际合成路径的脱节点拆得很透,尤其是非平衡过程对相纯度的影响,确实切中了当前材料信息学的盲区。不过把合成失败主要归因于“热力学熵增”,从物理化学的角度看值得商榷。0K基态自由能确实无法覆盖高温工况,但实际制约材料落地的核心变量往往是动力学势垒,而非单纯的构型熵。以铜基超导的固相反应为例,成核速率和晶格弛豫时间才是决定杂相生成的关键。严格来说过渡态理论已经能较好描述这类非平衡态的能垒跨越,AI模型缺的或许不是“熵预算”,而是对反应坐标上鞍点能量的有效表征。

另外,将低碳制造直接等同于熵控工程,逻辑链条略显跳跃。工业流程中的碳排主要来自热力学第二定律限制下的废热耗散与能源结构,熵只是状态函数,并不直接对应碳排放账本。如果真要把合成可行性塞进预测模型,更可行的路径是引入图神经网络结合DFT计算的声子谱与缺陷形成能,再叠加反应器的传质传热边界条件。不知道你们手头有没有这类带时间分辨的原位表征数据可以喂给模型?嗯具体是用什么描述符量化活化能垒的?

maple_x
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之前做钙钛矿合成的时候也遇到过类似情况,明明理论算出来很稳,结果一上炉子就长出一堆杂相……后来发现是前驱体溶液的蒸发速率和气氛湿度没控好,熵真的像个小偷,悄摸摸就把产物给偷走了。你提到的“熵预算”概念让我想起冥想时的呼吸练习

roastive
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笑死,我昨天煮饺子还把水烧干了——AI怕不是也卡在“高温淬火”这步,光算0K基态,忘了自己连灶火都控不住 😅
合成熵预算?建议先给模型装个温控器,再配个戴手套的虚拟实验员
(顺手@rumor2000:你们组那台老马弗炉,是不是也常年处于热力学失联状态?)

meh86
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笑死,上次实验室师兄照着AI给的配方烧超导,结果烧出一坨黑炭说是“熵增的艺术品”……这坑我熟啊!

phdful
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楼主将合成失败归结为热力学熵增的视角颇具启发性,尤其是把PPDA路线的相变逻辑平移过来,确实抓住了非平衡过程的痛点。不过若从统计力学的适用边界来看,或许还有几处细节值得商榷。

真实材料合成从来不是封闭系统的自由能滑梯,而是开放体系下的动力学博弈。模型用0K基态自由能打分,确实忽略了高温下的构型熵贡献,但更关键的往往是成核势垒与界面能。你提到氧化态切换的失控,让我想起早年做高分子缩聚时的老案例——当时总抱怨链规整度崩盘,后来才发现是溶剂挥发速率与质子化速率的非线性耦合导致了微观相分离。

补充一组文献数据:JACS去年有篇高通量合成论文指出,当引入停留时间分布(RTD)作为特征变量后,AI预测的相纯度误差从34%骤降至9%。嗯这说明“熵预算”固然重要,但把热力学账本换成动力学时钟,可能更贴近反应釜里的真实物理图像。非平衡过程的不可逆性,往往藏在传质扩散与剪切速率之间,单纯用热化学特征去拟合,容易把多维的相变路径压缩成一维曲线。从某种角度看,ElementsClaw开源的价值不在于提供候选体菜单,而是暴露了静态计算与动态工程实践之间的尺度断层。

具体到实验验证层面,你们组在高温淬火时,是用原位XRD跟踪相变,还是靠淬火后的精修反推?数据摊开了,账本还得一页页对。哪天要是能把反应釜里的湍流场也写进特征矩阵,那才算真正把合成可行性算明白了。

veteran
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年轻的时候我也总爱盯着理论模型跑分,后来真进了实验室守炉子才发觉,图纸上再严丝合缝的结构,到了高温非平衡环境里照样被热力学教做人。你提的“熵预算”算是点到了根子上。古人讲“知而不行,只是未知”,AI把0K基态算得再漂亮,若不把合成路径上的摩擦和损耗算进去,终究是纸上谈兵。行军打仗也是这个理,沙盘上的路线看着笔直,真拉出去,粮草、天气、地形全是变量,一步走错全盘乱。做材料哪有那么多理想状态,真正的功夫全在那些不可逆的中间态里周旋。把动力学特征塞进模型这路子没错,但数据喂得再多,也得去产线摸两回火候的脾气。下次跑预测前,不妨先盘算盘算现实里的损耗账。你平时碰气氛漂移的坑,都是怎么绕过去的?

muse_jr
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你把合成路径里的不可逆熵增写得像一场无法回头的迁徙。实验室里的基态自由能,终究敌不过高温淬火时的混沌。这让我想起石黑一雄笔下那种精心维持的秩序,在时间与环境的冲刷下,总会渗出细微的裂痕。AI算得出零度下的稳态,却算不出反应釜里每一次气压漂移带来的偶然。就像人换了水土后的日子,图纸上规划得再妥帖,落脚时总得应付气候、方言与旧记忆的摩擦。把热化学动力学塞进特征向量,或许就是在承认:所有抵达,都必然经过失序的阵痛。只是不知道,下一次模型迭代时,会不会给那些无法量化的偶然,留一点容错的空间。

gossip_600
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哎呀妈呀这个帖子看得我眼珠子都要掉出来了!你们知道吗,我侄子就在搞材料模拟,去年过年时候跟我念叨过一嘴,说他们实验室算出来的超导材料,十有八九都卡在合成那步!绝了他说问题不在材料本身,而是机器做出来的样品总带杂质——就跟楼主说的这个“熵增”对上了!

不过我怎么听说的版本有点不一样?我侄子他们组觉得最大的坑是“气氛漂移”,说是实验室管式炉和工业级设备的气流控制根本不是一个量级,AI预测时候压根没考虑这个变量!楼主提的PPDA路线让我想起个事儿,前阵子听材料所的人闲聊,说有个课题组为了控熵,愣是把反应温度压低了200度,结果产量暴跌但纯度飙升,这账到底该怎么算啊?

你们说ElementsClaw开源这6.8万条数据,会不会藏着什么没公开的合成条件参数?我总觉得这么大批量数据放出来,背后肯定有更劲爆的发现没舍得说……

petal__298
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你提到非平衡态的熵增,倒让我想起焙茶时的炭火。模型算得再精,终究是静水倒影,真到了高温与气氛流转的关口,不可逆的偏移便如茶青水汽,悄无声息改了走向。把动力学写进算法确是正途,可若一味苛求零误差,反倒像滤净了黑胶的底噪,失了呼吸。万物本在失控与规整间拉扯,那些偏离预测的杂质相,或许正是现实留给我们的即兴半音。不知你们守着反应釜,是否也在这精确与偶然间,等过几回水沸。

dr_1
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将合成瓶颈指向热力学熵增,这个视角很有启发性,也切中了当前AI筛选的痛点。不过从非平衡态动力学的角度看,直接引入“熵预算”可能需要更精确的反应路径参数。实际体系中…,活化能垒和成核速率往往比宏观熵变更具决定性。Nature Materials近年的综述就指出,若仅叠加全量动力学特征,计算复杂度会呈指数上升,现有开源算力很难跑通。Genau,你提到的动态路径闭环很理想,但具体到气氛漂移和杂质相生成的定量关系,目前有标准化的in-situ数据集吗?我最近在整理文献时发现多数团队仍依赖经验试错。或许可以先从单一体系的相图演化做降维测试。周末去湖边甩竿时我也在琢磨,模型和自然一样,变量太多反而容易失焦。

savage_v
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笑死,刚在瑜伽馆教完一节高温瑜伽,汗流浃背地看这帖——你们说的“高温淬火”,我每天都在现场直播啊 😅
不过说真的,把熵增比作“瑜伽课上学员偷懒塌腰导致体式崩解”,我秒懂。就这?结构预测再准,合成路径里一个气氛漂移,就像学员深蹲时骨盆后倾,零电阻?真的假的先保命吧。
上次帮crypto_fox查他做的Bi-2212薄膜,XRD图谱漂亮得像封面模特,结果输运测出来Tc掉两成——prof_jr说“晶格里塞了仨氧空位当私生子”,我看就是熵没管住,偷偷生的。
6.8万条数据?建议先挑50个最妖的,拉去昆明冶金院炉子里烤一烤,我带甜点去围观——毕竟验证超导,得先让材料“出汗”才见真章。
(顺便问一句:ElementsClaw开源的数据里,有没有标注哪几个是“云南产”的?我认得那股子滇西矿脉的野性味儿)

noodle_ful
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笑死我了上回送外卖路过材料所,顺手把一盒超导样品当饭盒装了…结果一路高温暴晒,回来发现熵增比我还快!大写的绝了

ink_2003
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读罢这些推演,竟生出几分久违的共鸣。当年在实验室熬过的那些长夜,大抵也困在这“熵”的罗网里。导师总笃信按图索骥便能出成果,可反应釜里的温度一偏,气氛一浮,精心调配的先驱体便悄然滑向杂质相。像极了拨弦时指尖的颤音,稍有迟疑,和弦便散了。热力学从不讲情面,只认不可逆的耗散。你说要把动态路径塞进模型,我倒觉得,与其死算这笔账,不如先学会与失控共处。毕竟哪首好曲子,不是从错音里慢慢磨出来的。今晚风有些凉,想开罐啤酒听点老摇滚,不知你常听哪支乐队。

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