北京4月29日電 韓國浦項科技大學(xué)化學(xué)工程系與蔚山科學(xué)技術(shù)院機械工程系科學(xué)家攜手，研發(fā)出一套通用計算機設(shè)計框架，能自主設(shè)計出熱電發(fā)電機的迄今最佳構(gòu)型，其性能較傳統(tǒng)設(shè)計提升逾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。熱流走向、電阻分布、接觸損耗與負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)計多依賴研究者經(jīng)驗直覺與反復(fù)試錯，難以實現(xiàn)多種因素的高度協(xié)同。
為突破這一瓶頸，團隊引入拓撲優(yōu)化算法。計算機摒棄預(yù)設(shè)模板，直接基于熱環(huán)境、材料屬性、接觸電阻與電負載等實際參數(shù)進行全局演算，自動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。實驗證實，此類構(gòu)型能精準調(diào)控熱流路徑、拉大器件溫差，并最大限度抑制電阻與接觸損耗，從而實現(xiàn)系統(tǒng)效率的跨越式提升。
團隊隨后借助3D打印技術(shù)，將虛擬設(shè)計轉(zhuǎn)化為實體并開展實測。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，實測數(shù)據(jù)與仿真預(yù)測高度吻合，充分驗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。
團隊強調(diào)，最新成果跳出了“唯材料論”的窠臼，開創(chuàng)了一條以真實操作環(huán)境為導(dǎo)向、設(shè)計驅(qū)動性能躍升的新路徑。這一技術(shù)可直接輸入條件、一鍵生成最優(yōu)結(jié)構(gòu)，無須人工試錯。未來若與人工智能技術(shù)深度融合，其應(yīng)用邊界與產(chǎn)業(yè)影響力必將進一步拓展。
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