北京4月29日電 韓國(guó)浦項(xiàng)科技大學(xué)化學(xué)工程系與蔚山科學(xué)技術(shù)院機(jī)械工程系科學(xué)家攜手，研發(fā)出一套通用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)框架，能自主設(shè)計(jì)出熱電發(fā)電機(jī)的迄今最佳構(gòu)型，其性能較傳統(tǒng)設(shè)計(jì)提升逾8倍。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《自然·通訊》雜志在線版。
盡管熱電材料研究步履不停，但在現(xiàn)實(shí)操作環(huán)境中，器件效能往往不及預(yù)期。根本原因在于，設(shè)備輸出不僅取決于材料優(yōu)劣，更受制于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。熱流走向、電阻分布、接觸損耗與負(fù)載條件等要素必須精密耦合，才能釋放系統(tǒng)全部潛能。然而，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)多依賴研究者經(jīng)驗(yàn)直覺與反復(fù)試錯(cuò)，難以實(shí)現(xiàn)多種因素的高度協(xié)同。
為突破這一瓶頸，團(tuán)隊(duì)引入拓?fù)鋬?yōu)化算法。計(jì)算機(jī)摒棄預(yù)設(shè)模板，直接基于熱環(huán)境、材料屬性、接觸電阻與電負(fù)載等實(shí)際參數(shù)進(jìn)行全局演算，自動(dòng)生成能效最大化的三維構(gòu)型。
最終成果與傳統(tǒng)范式迥然不同。傳統(tǒng)器件多采用便于加工的矩形形狀，而算法則演化出“I型”與“非對(duì)稱沙漏型”等非常規(guī)幾何形態(tài)，徹底打破了人類直覺的邊界。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，此類構(gòu)型能精準(zhǔn)調(diào)控?zé)崃髀窂?、拉大器件溫差，并最大限度抑制電阻與接觸損耗，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)效率的跨越式提升。
團(tuán)隊(duì)隨后借助3D打印技術(shù)，將虛擬設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)體并開展實(shí)測(cè)。結(jié)果顯示，最優(yōu)構(gòu)型的發(fā)電效率較傳統(tǒng)矩形器件躍升8.2倍，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與仿真預(yù)測(cè)高度吻合，充分驗(yàn)證了該框架的可靠性，也昭示了廢熱高效回收發(fā)電的廣闊前景。
團(tuán)隊(duì)強(qiáng)調(diào)，最新成果跳出了“唯材料論”的窠臼，開創(chuàng)了一條以真實(shí)操作環(huán)境為導(dǎo)向、設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)性能躍升的新路徑。這一技術(shù)可直接輸入條件、一鍵生成最優(yōu)結(jié)構(gòu)，無(wú)須人工試錯(cuò)。未來(lái)若與人工智能技術(shù)深度融合，其應(yīng)用邊界與產(chǎn)業(yè)影響力必將進(jìn)一步拓展。
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