颜色的变化表示实验条件的改变获得的具有不同体性能的液体，不同程度的聚集体。

图片来源：OIST

充分搅拌牛奶产生黄油。喷出的柠檬汁凝结成凝乳。这两种现象在分子水平上并不像看上去那么简单。

搅拌牛奶，脂肪分子接近形成聚集体。柠檬汁增加了牛奶的酸度，并产生类似的分子团。而这两种情况下的黄油和凝乳并不是固体，聚集分子仍然保持一定的距离，就好像是液体的一部分。

存在天然以及人造的类似液体，其中分子包在一起，就像是块体材料局部的固体。工业例子有凝胶和剃须膏。存在创造这样材料的工艺，但科学家们并不总是知道他们为什么会如此。因此，从现有的工艺创造新型功能材料，取决于猜测和实验试错。

科学技术研究生大学冲绳研究院（Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University，OIST）和洛斯·阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）研究人员发现了一种预测这种新材料结构和体性能的方法。相关结果发表于《软物质》（Soft Matter）期刊上。这一发现对新型功能材料的制备具有重要的技术意义。

就像利用已知食谱烹饪一样，通过改变成分的量、增加新成分、改变烹饪时间，实验科学家采用类似的方式来制备材料，尝试发现其中的基本规律。不同条件下在一定空间内控制分子。添加新组分、搅拌或改变温度，通过改变作用于分子水平的吸引力和排斥力，影响分子的移动，使它们尽可能的彼此接近。只有改变特定的条件才能使材料不可逆。

OIST研究人员发现吸引力和排斥力之间的黄金组合，他们发现了一个以前未知的数学关系，可用于预测材料的结构和体性能。

“我们发现的是一个简单的比例，材料中整体吸引力与排斥力之比。在不同的实验条件下，该比值对应分子聚集程度。从现有数学的纠结程度来看，如此的简单让我们大吃一惊。”该论文通讯作者、OIST Collective Interactions Unit博士后Tamoghna Das如是说。

现实体系中，分子聚集程度决定了材料的最终性能。OIST研究人员对数万个颗粒进行2D模拟。为了管理这些模拟的颗粒，他们将现有的分子间聚集控制方程引入到体系中，并插入能够导致聚集形成的值。他们捣鼓不同数值，使得发生不同程度的聚集。不同的数值设定下，外部温度、获得的聚集体的整体密度等变量保持恒定。寻找控制模拟的参数变化和聚集程度变化之间的关系，他们取得了重要的发现。研究结果能够轻易的适用于三个维度，符合现实情况。

该发现使得实验者绕过了这些特殊材料在分子水平上发生重组的数学细节。这将使他们能够以尽可能少的信息（通过实验完全可操作的外部条件）预测出现的体性能。换句话说，这意味着并不总是需要知道整体为什么大于个体之和。

除了实际应用之外，考虑到自19世纪之交开始，同样的数学参数就已被用于描述材料内部分子间作用力，这也是一个重大的科学进步。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜    校正：摩天轮