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)了華中科技大學高亮教授團隊關于熱學超材料拓撲優(yōu)化設計的最新研究成果“Deep-Learning-EnabledIntelligentDesignofThermalMetamaterials（深度學習賦能的熱學超材料智能設計）”。該成果有效突破了熱學超材料智能設計的技術(shù)瓶頸，設計了“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。這意味著，電子元器件穿“熱隱衣”隔熱在理論上實現(xiàn)突破。

深度學習賦能的熱學超材料智能設計示意圖。

據(jù)悉，通過設計熱學超材料的結(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。熱學超材料設計涉及高維設計空間、多個局部極值、巨大計算成本，以及熱學屬性與單胞結(jié)構(gòu)間存在多種對應關系等，給熱學超材料的智能設計帶來了挑戰(zhàn)，即自動、實時、可定制化地設計熱學超材料。

針對上述挑戰(zhàn)，高亮教授研究團隊提出了深度學習賦能的熱學超材料拓撲優(yōu)化設計方法，實現(xiàn)了自由形狀熱學超材料的智能設計。

該方法采用深度生成模型，將拓撲功能單胞概率表示在隱空間，根據(jù)熱學超材料的定制功能需求，可自動、實時地生成具有目標熱傳導張量的拓撲功能單胞，進而快速生成熱學超材料。

基于上述思路，研究團隊設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)值仿真和熱學實驗驗證了其良好的熱隱身效果。

基于深度生成模型的拓撲功能單胞實時設計。

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”。

研究團隊成員華科大機械科學與工程學院教授肖蜜表示，“熱隱衣”理論為熱學超材料的智能設計提供了全新思路，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超材料的快速設計，解決了傳統(tǒng)熱學超材料設計中大規(guī)模有限元計算與反復優(yōu)化迭代所帶來的計算效率低的難題，進一步推動了熱學超材料在航空航天、電子等領域的工程應用。

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。”研究團隊成員華科大機械科學與工程學院教授肖蜜解釋，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