本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。
在《NatureCommunications》杂志上发表的一项重大突破，揭示了支配纳米结构材料形成的普遍规律。米兰大学的AlessioZaccone教授和阿姆斯特丹大学的PeterSchall教授领导的研究人员已经证明，胶体纳米颗粒聚集成类似固体的系统跨度材料（胶体凝胶）的相变过程是由普遍规律描述的，它独立于特定系统的特殊物理化学特征。
特别是，通过理论、数值模拟和实验研究之间的密切协同，研究人员在经过几十年的激烈争论后，首次证明，基本的相变（称为胶体凝胶）与热力学平衡之外发生的二阶连续相变相吻合。如果某些热力学量在整个转变过程中呈现出不连续的状态，那么导致例如从气体到液体或从液体到固体的相变就被归为一阶相变，而如果这些热力学量变化平稳，则被归为二阶相变。
这就产生了巨大的差异，因为在这两种情况下，能够预测过渡点及其特征的数学规律，以及新相的物理特性是非常不同的。在纳米粒子的情况下，凝胶化转变是很特殊的，因为分散溶胶相中的纳米粒子是以单个粒子或部分团簇的形式悬浮在液体（如水）中，相互隔离，而在类固体或凝胶相中，团簇相互连接成一个分形网络。这种网络表面上看是无序或混乱的，但实际上因为是分形的，所以呈现出高度的对称性。材料的分形性意味着粒子的密度在空间中以相同的幂律衰减，从材料中的每一点测量，支配这种衰减的幂律指数被称为分形维度（分形物体的其他例子有雪片、河网、山脉或海岸）。
几十年来，科学家们一直试图确定液体中溶解的纳米颗粒转变为分形网络是否受特定的热力学相变支配。新的研究表明，该相变及其临界指数（调节溶胶和凝胶相中的团粒大小分布，以及网络本身的分形维度）可以从理论上先验地计算出来，并且在胶体系统中利用共聚焦显微镜技术实验测量到了完全相同的指数值，在计算机上的分子动力学模拟中也发现了相同的指数。
这一成果对设计、开发和控制具有理想分形结构的纳米结构材料，以及对这些材料的工业合成进行量化和优化是一个重大的进步。其应用范围是多方面的，从农业用胶体凝胶（用于活性物质的控制释放）到生物技术和药物输送中使用的蛋白质凝胶，再到填充纳米颗粒分形网络的纳米复合橡胶材料，可以减少车辆运输中的污染排放。
论文标题为《Nonequilibriumcontinuousphasetransitionincolloidalgelationwithshort-rangeattraction》。