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热辐射超材料重大原创突破 AI逆向设计革新

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2025-07-04 03:59:43  澎湃新闻

具有热辐射性能的超材料可以把多余热量传递到外界，帮助物体自动降温。但这类人造材料的传统设计方法费时费力，往往依赖于长期经验和反复试错。上海交大团队在热辐射超材料领域取得重大突破，通过构建热辐射超材料逆向设计AI模型，突破现有材料设计的限制，大批量生成热辐射超材料候选设计方案，实现“优中选优”。

不同于自然界已有材料，超材料是一种具有特殊性质的人造材料，可广泛应用于成像、通信、能源、航空航天等领域。热辐射是自然界能量传递的基本形式，比如晒太阳会感觉到暖和，其实是皮肤在接收太阳的热辐射。具有热辐射性能的超材料通过向外辐射热量来实现温度调控和红外信号调控。它可以把多余热量传递到外界，穿上这种材料制作的“外衣”就像穿了一件降温神器。热辐射超材料在零能耗辐射冷却、电子器件热调控、人体热管理等领域具有重要应用。

但热辐射超材料的传统设计方法费时费力。微结构是超材料突破自然材料限制、具备特殊功能的核心，超材料的微结构设计及材料组分设计组合起来有上百万种可能性。热辐射超材料的设计难点在于缺乏普适性方法，即缺乏多材料、多结构、多维度、多参数的全自动设计范式及通用方法，缺乏一种可以实现三维光子结构逆向设计的通用方法。多年来，科学家们一直在探索如何才能又快又好地设计出性能符合需求的热辐射超材料。

经过亿万年物竞天择，大自然中的生物进化出了许多具有超常光学和热学特性的三维拓扑构型，可以通过热辐射的方式进行自身体温调控。例如火山口附近生存着一种能够耐受约70摄氏度高温的天牛。它们的表面呈金色，体表覆盖的绒毛微结构为三棱柱状，斜边还分布着球形小凸起。这种独特的结构组合使得天牛在可见波段和红外波段具备高光学反射率，实现体表降温，从而适应火山口附近的高温环境。

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