熱輻射超材料重大原創(chuàng)突破 AI逆向設(shè)計(jì)革新(2)

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2025-07-04 03:59:43 澎湃新聞

研究團(tuán)隊(duì)從自然界生物體中的三維拓?fù)錁?gòu)型中獲取靈感，提煉出了多種三維結(jié)構(gòu)單元和空間排列方式，并通過首創(chuàng)的“三平面建模法”巧妙實(shí)現(xiàn)了對三維結(jié)構(gòu)單元的精準(zhǔn)描述，建立了龐大的三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集。最終建立了包含1500種以上熱輻射超材料的數(shù)據(jù)庫，性能幾乎達(dá)到了非常理想的狀態(tài)。結(jié)合多種材料體系，團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練AI模型，讓熱輻射超材料的設(shè)計(jì)無需依賴于經(jīng)驗(yàn)的“小修小補(bǔ)”。該深度學(xué)習(xí)模型可根據(jù)所需光譜特性快速精準(zhǔn)生成相應(yīng)超材料的多種設(shè)計(jì)方案，全方位提升設(shè)計(jì)維度、速度和性能。所創(chuàng)制的熱輻射超材料可廣泛應(yīng)用于零能耗輻射冷卻、建筑節(jié)能降溫、航天熱控等領(lǐng)域。

目前科學(xué)研究范式已進(jìn)入人工智能驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)密集型范式，研究團(tuán)隊(duì)將人工智能和熱輻射超材料研究交叉融合。材料設(shè)計(jì)過程類似于參數(shù)優(yōu)化，而AI是實(shí)現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化的最好方案。利用數(shù)據(jù)庫代替人工經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，材料設(shè)計(jì)范圍更廣，否則如果研究人員想不到材料的結(jié)構(gòu)形式，就無法設(shè)計(jì)出特殊的熱輻射超材料。

為驗(yàn)證AI模型的實(shí)際效能，研究團(tuán)隊(duì)以人力實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了4種由AI針對特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的熱輻射超材料，包括寬帶熱輻射超材料、單波段選擇性及雙波段選擇性熱輻射超材料等。實(shí)際應(yīng)用形式涵蓋柔性薄膜、涂料、貼片等多種形式。在多種戶外場景實(shí)測中，AI模型設(shè)計(jì)的熱輻射超材料均展現(xiàn)出優(yōu)異的自降溫效果，不同類型的材料可適用于不同應(yīng)用環(huán)境。在晴朗的正午，寬波段超材料下表面溫度相比環(huán)境溫度降低5.9℃；在多云條件下，單波段選擇性超材料降溫性能更顯著，下表面溫度相比環(huán)境溫度降低4.6℃；在城市建筑群模擬環(huán)境中，單波段選擇性超材料下表面溫度分別比寬帶超材料和商用白漆涂覆表面低2.5℃和5.3℃。將雙波段選擇性超材料涂覆在模型屋頂，其表面溫度比商用白漆涂覆表面低5.6°C，比灰色涂料涂覆表面低21°C，炙熱的屋頂瞬間“涼爽”下來。這些結(jié)果表明AI模型設(shè)計(jì)的材料在建筑節(jié)能、城市熱島效應(yīng)緩解等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，為未來打造“零能耗降溫”城市提供了創(chuàng)新解決方案。

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