標(biāo)題：AI驅(qū)動(dòng)的熱輻射超材料創(chuàng)新：降溫節(jié)能兩不誤
近年來，人工智能（AI）在材料科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，上海交通大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一支國際科研團(tuán)隊(duì)在基于AI的超寬波段及波段選擇性熱輻射超材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得了重要突破。這項(xiàng)成果已于北京時(shí)間7月3日發(fā)表在《自然》雜志上，具有顯著的科研價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
上海交通大學(xué)材料學(xué)院/張江高等研究院的博士研究生肖誠禹為論文的第一作者。該研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將AI技術(shù)應(yīng)用于熱輻射超材料的設(shè)計(jì)，解決了多材料、多構(gòu)型、多參數(shù)設(shè)計(jì)及優(yōu)化等重大難題。他們創(chuàng)建了“材料-構(gòu)型-光譜性能”自動(dòng)匹配數(shù)據(jù)庫，為光子學(xué)及超材料設(shè)計(jì)提供了新的逆向設(shè)計(jì)范式和方法。
熱輻射是自然界能量傳遞的重要方式，其精準(zhǔn)調(diào)控在零能耗輻射冷卻、航天熱控等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用價(jià)值。然而，熱學(xué)超材料的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法多依賴經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)和單一結(jié)構(gòu)，難以協(xié)同優(yōu)化三維復(fù)雜構(gòu)型與多材料體系，制約了其光譜響應(yīng)調(diào)控能力與工程化應(yīng)用進(jìn)程。
針對(duì)這一挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出了融合球體、圓柱體、脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)和三棱柱等32種三維結(jié)構(gòu)基元、多種空間排列方式及30種候選材料的熱輻射超材料AI逆向設(shè)計(jì)模型。該模型基于團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)的“三平面建模法”，將復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)參數(shù)化為11個(gè)關(guān)鍵變量，實(shí)現(xiàn)了熱輻射超材料的高維設(shè)計(jì)空間建模與全局優(yōu)化。
該團(tuán)隊(duì)利用AI模型設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了七種針對(duì)特定應(yīng)用的熱輻射超材料，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，覆蓋柔性薄膜、涂料、貼片等多種材料形式。在多種戶外場景的實(shí)測中，這些材料均表現(xiàn)出顯著的降溫效果，且不同光譜特性的材料適用于不同的戶外場景。
這些成果在應(yīng)對(duì)城市熱島效應(yīng)方面展現(xiàn)出了巨大的潛力。單波段選擇性超材料通過簡單的溶液法在室溫下制備，以涂料形式應(yīng)用于各種基材表面，顯示出強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化潛力。進(jìn)一步的研究顯示，大規(guī)模應(yīng)用于建筑屋頂，可實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)能效果。
這一突破性的研究不僅為科研提供了高效的設(shè)計(jì)能力，還能從生成的上千種設(shè)計(jì)中擇優(yōu)篩選出具備工程可行性與經(jīng)濟(jì)性的超材料體系。這種AI驅(qū)動(dòng)的材料研究新范式全方位提升了材料設(shè)計(jì)維度、速度和性能，實(shí)現(xiàn)了超寬帶與多波段選擇性熱輻射超材料的按需自動(dòng)化逆向設(shè)計(jì)。
總的來說，上海交通大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)通過AI技術(shù)，成功地創(chuàng)新了熱輻射超材料的設(shè)計(jì)方法，開發(fā)出了具有顯著降溫和節(jié)能效果的超材料。這一研究成果不僅為科研領(lǐng)域提供了新的思路和方法，也為實(shí)際應(yīng)用提供了新的可能性。未來，我們期待這種AI驅(qū)動(dòng)的熱輻射超材料能夠在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，為人類的生活和環(huán)境帶來更多的便利和效益。
參考文獻(xiàn)：
[1] 上海交通大學(xué), 2025. (https://www.example.com)
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