CorFuncSAXSNet: deep-learning-driven extraction of nanostructural parameters from small-angle X-ray scattering data of polymeric materials

光束线 小角X射线散射 材料科学 散射 卷积神经网络 无定形固体 同步辐射 同步加速器 计算机科学 光学 人工智能 梁(结构) 物理 结晶学 化学
作者
Xuke Li,Lianlian Fu,Yunhang Liu,Xiao Meng,Ming Li,Peiling Ke
出处
期刊:Journal of Applied Crystallography [Wiley]
卷期号:58 (4): 1399-1406 被引量:1
标识
DOI:10.1107/s1600576725005047
摘要

Small-angle X-ray scattering (SAXS) analysis of semi-crystalline polymers remains a labour-intensive process requiring expert interpretation of correlation functions. To address this challenge, we present CorFuncSAXSNet: a deep neural network framework designed to directly predict nanostructural parameters – including lamellar crystalline thickness (dc) and amorphous layer thickness (da) – from 1D raw SAXS curves. Building upon SAXS datasets collected at the Shanghai Synchrotron Radiation Facility's BL19U2 beamline, we developed three neural architectures: a convolutional neural network, a residual network and a q -space attention network. Data augmentation strategies, including Gaussian noise injection and q -shift interpolation, improved model robustness against experimental uncertainties. Cross-validation results demonstrate that all networks achieve mean absolute errors of 0.109–0.112 nm for dc and 0.459–0.499 nm for da. Though amorphous layer predictions at large values exhibit higher errors due to dataset skewness (83.3% of data clustered at 4.5 < dc < 6.5 nm, 5.0 < da < 20.0 nm), our framework enables rapid parameter extraction (<1 s per curve), reducing reliance on manual graphical methods. CorFuncSAXSNet bridges the gap between AI and synchrotron-based structural analysis, establishing a foundation for real-time smart beamline architectures.

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