熱輻射超材料用上“AI設計師”

科技日報上海7月3日電 （沈涵 記者王春）熱輻射超材料是一種能夠幫助物體自動降温的特殊人造材料，在多個領域具有重要應用價值，但這種超材料的微結構設計及材料組分設計組合起來有上百萬種可能。“我們引入AI模型，僅用3個月就篩選出5萬多組數據。而用常規方法需要的時間是個天文數字。”上海交通大學材料科學與工程學院周涵教授告訴記者。

7月2日，由周涵團隊構建的熱輻射超材料逆向設計AI模型在國際期刊《自然》發表。該模型能夠大批量生成相關候選設計方案。

團隊從生物體的三維拓撲構型中獲取靈感，提煉出多種三維結構單元和空間排列方式，並通過首創“三平面建模法”實現了對三維結構單元的精準描述，建立了涵蓋57110組數據的“材料—超構模型—光譜性能”數據庫。基於此，團隊構建了熱輻射超材料逆向設計AI模型。該模型根據所需光譜特性，能快速、精準、大批量生成相應超材料的多種設計方案。“輸入相關數據，1秒鐘就能生成2000個設計方案。”團隊成員之一、上海交通大學材料科學與工程學院博士生肖誠禹説。

為驗證該模型實際效能，團隊用AI模型設計並用人力實驗驗證了4種針對特定應用的熱輻射超材料，可用於柔性薄膜、塗料、貼片等多種領域。在户外實測中，這些超材料均展現出優異的自降温效果。比如，單波段選擇性超材料下表面温度分別比寬帶超材料和商用白漆塗覆表面低2.5℃和5.3℃，建築如同披上“自動降温外套”。實驗結果展示了該模型在建築節能、城市熱島效應緩解等領域的應用潛力。