《科创板日报》7月4日讯（记者张洋洋）让建筑外墙“0能耗降温”、衣物一键降温3-5度，有望为航空航天、沙漠地带等极端环境提供温控解决方案......近日，上海交通大学团队领衔的科研成果登上Nature杂志，这项科研在AI设计热辐射超材料领域取得原创突破，其研发的逆向设计AI模型，能大批量生成热辐射超材料的候选设计方案，并从里面“优中选优”。
在接受《科创板日报》等媒体采访时，金属基复合材料全国重点实验室、上海交通大学材料科学与工程学院/张江高等研究院未来材料创制中心周涵教授表示，这些成果展示了AI模型设计材料在建筑节能、城市热岛效应缓解等领域的应用潜力，为未来打造“零能耗降温”城市提供了创新解决方案。
课题组研发的材料展示
据介绍，该项工作得到了国家自然科学基金委、上海市科学技术发展资金、上海交通大学2030计划的资助，已获得软件著作权并已申请相关发明专利。
超材料是一类具有特殊性质的人造材料，不同于自然界已有材料，它们具备一些特别的性质。其中，具有热辐射性能的超材料可以把多余的热量“打包”传递到外界，帮助物体自动降温，在零能耗辐射冷却、电子器件热调控、人体热管理等领域有重要的应用价值。
如何又快又好地设计出性能符合需要的热辐射超材料，科学家们一直在探索。然而传统的设计方法费时又费力：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，就像在迷宫里摸黑找路，往往依赖于长期经验和反复试错。
“利用常规方法，筛选5万种方案需要的时间不可估量，而引入AI模型后，通过深度学习，仅用3个月就完成，并从中筛选出接近理想状态的1500种候选设计方案，再从中优中选优。”周涵教授表示。
“我们从天牛、鱼鳞等生物中提取了32种基元，这些研究的积累为后续的设想打下了基础。”上海交通大学材料科学与工程学院/张江高等研究院博士生肖诚禹分享了研究的灵感来源，结合多种材料体系，团队训练得到了一个AI模型，能够根据所需光谱特性快速、精准地生成相应超材料的多种设计方案，带来了设计维度、速度和性能全方位的提升。
这一AI模型不仅能“发明”新材料，还能从中挑选出那些更适合大规模使用、成本更低的超材料。以典型的双波段选择性超材料为例，该材料仅需简单的溶液法就能在室温下制备，以涂料的形式可直接应用在砖墙、金属、塑料和玻璃等常见物体的表面，就像给物体用上了防晒降温霜。
能耗模拟显示，在中低纬度地区，将该材料应用于建筑屋顶可实现75 MJ/m2的理论节能效果，相当于节省20度电。此外，这种材料成本低、应用形式灵活，可广泛应用于零能耗辐射冷却、建筑节能降温、航天热控等诸多重要领域，推进相关领域的发展及产业化应用。
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