AI+热辐射超材料|新国大苏研院仇成伟团队在《自然》发表科研成果

近日，新加坡国立大学苏州研究院（以下简称“新国大苏研院”）能源与环境纳米科技创新平台首席研究员仇成伟与上海交通大学张荻院士、周涵教授团队合作在人工智能设计热辐射超材料领域取得了重大突破。最新研究成果在国际学术期刊《自然》（Nature）上发表。研究团队开发了一种基于人工智能的逆向设计模型，能够批量生成热辐射超材料设计方案，显著提升了其设计与优化效率，为实现高效降温与节能提供了新路径。

研究背景

热辐射超材料是一种能够帮助物体自动降温的特殊人造材料，因此在零能耗辐射冷却、电子器件热调控、人体热管理等领域具有重要应用价值。然而，传统的热辐射超材料设计方法依赖于经验和反复试错，且受限于结构和材料的设定，难以实现三维复杂结构与多材料体系的全局优化，制约了其光谱响应调控能力与工程化应用前景。

研究结果

为解决上述难题，首席研究员仇成伟带领团队与上海交通大学、美国德克萨斯大学奥斯汀分校合作，从生物体三维拓扑构型中受到启发，创新性地提出“三平面建模法”，实现对三维结构单元的精准描述，并建立了庞大的三维复杂结构数据库。在此基础上，研究团队结合多种材料体系训练并构建了一个热辐射超材料逆向设计AI模型，能够根据所需光谱特性，快速、精准地生成多种热辐射超材料设计方案，显著提升了设计维度、速度和性能。


研究团队进一步通过实验验证了七种针对特定应用而设计的热辐射超材料，包括宽带热辐射超材料、单波段选择性及双波段选择性热辐射超材料等。这些材料以柔性薄膜、涂料、贴片等多种形式应用于不同场景，均展现出了优异的自降温效果。

应用前景

本研究开发的AI逆向设计模型具有通用性强、设计效率高、适用范围广等优势，为热辐射超材料的设计与应用提供了新的思路和方法。这类材料有望应用于辐射冷却、建筑节能、缓解城市热岛效应、航天器热控等重要领域，也为构建“零能耗降温”型智慧城市提供了重要技术支撑。