如何解決電子元器件遭遇高溫環(huán)境使用效能大打折扣的技術(shù)瓶頸?近日,國際權(quán)威期刊《AdvancAdvancedMaterials》在線刊發(fā)了華中科技大學(xué)高亮教授團(tuán)隊關(guān)于熱學(xué)超材料拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計的最新研究成果“Deep-Learning-EnabledIntelligentDesignofThermalMetamaterials(深度學(xué)習(xí)賦能的熱學(xué)超材料智能設(shè)計)”。該成果有效突破了熱學(xué)超材料智能設(shè)計的技術(shù)瓶頸,設(shè)計了“熱隱衣”,可屏蔽外部溫度場對器件內(nèi)部物體的干擾,實現(xiàn)主動隔熱,可用于熱敏元器件的熱防護(hù)。這意味著,電子元器件穿“熱隱衣”隔熱在理論上實現(xiàn)突破。
深度學(xué)習(xí)賦能的熱學(xué)超材料智能設(shè)計示意圖。
據(jù)悉,通過設(shè)計熱學(xué)超材料的結(jié)構(gòu)構(gòu)型,可實現(xiàn)熱流的操縱與控制,從而獲得超常熱功能,如:熱隱身、熱集中、熱偽裝、熱旋轉(zhuǎn)等。熱學(xué)超材料設(shè)計涉及高維設(shè)計空間、多個局部極值、巨大計算成本,以及熱學(xué)屬性與單胞結(jié)構(gòu)間存在多種對應(yīng)關(guān)系等,給熱學(xué)超材料的智能設(shè)計帶來了挑戰(zhàn),即自動、實時、可定制化地設(shè)計熱學(xué)超材料。
針對上述挑戰(zhàn),高亮教授研究團(tuán)隊提出了深度學(xué)習(xí)賦能的熱學(xué)超材料拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計方法,實現(xiàn)了自由形狀熱學(xué)超材料的智能設(shè)計。
該方法采用深度生成模型,將拓?fù)涔δ軉伟怕时硎驹陔[空間,根據(jù)熱學(xué)超材料的定制功能需求,可自動、實時地生成具有目標(biāo)熱傳導(dǎo)張量的拓?fù)涔δ軉伟M(jìn)而快速生成熱學(xué)超材料。
基于上述思路,研究團(tuán)隊設(shè)計了多種具有自由形狀、背景溫度獨立、全方向功能的熱隱身超材料,并通過數(shù)值仿真和熱學(xué)實驗驗證了其良好的熱隱身效果。
基于深度生成模型的拓?fù)涔δ軉伟麑崟r設(shè)計。
長江日報記者了解到,目前給電子元器件穿“熱隱衣”是把“熱隱衣”放在元器件四周,或是把元器件蓋起來,可以隔絕大部分的熱。隔熱溫度的大小受制于材料本身的耐熱性,若材料耐熱性很高,也可以制造耐高溫的“熱隱衣”。
研究團(tuán)隊成員華科大機械科學(xué)與工程學(xué)院教授肖蜜表示,“熱隱衣”理論為熱學(xué)超材料的智能設(shè)計提供了全新思路,可靈活實現(xiàn)不同背景材料、自由形狀和不同熱功能的熱學(xué)超材料的快速設(shè)計,解決了傳統(tǒng)熱學(xué)超材料設(shè)計中大規(guī)模有限元計算與反復(fù)優(yōu)化迭代所帶來的計算效率低的難題,進(jìn)一步推動了熱學(xué)超材料在航空航天、電子等領(lǐng)域的工程應(yīng)用。
既然電子元器件能穿“熱隱衣”隔熱,那么人能不能穿上“熱隱衣”避暑呢?“理論上已經(jīng)突破了,但做出一件‘熱隱衣’還有很長的路要走?!毖芯繄F(tuán)隊成員華科大機械科學(xué)與工程學(xué)院教授肖蜜解釋,做人穿的“熱隱衣”目前只是理論上可行,但完成工程化、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還有很長的路要走。
做人能穿的“熱隱衣”現(xiàn)在很困難,制作材料難上身。材料和加工制造問題不大,但人穿的“熱隱衣”的設(shè)計是工程化的瓶頸。衣服的功能首先是不束縛人體,因為衣服是曲面,很不規(guī)則,3D打印也存在很大難度。(長江日報)
審核編輯:劉清
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原文標(biāo)題:為電子元器件穿“熱隱衣”,實現(xiàn)主動隔熱
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