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

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(guó)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(duì)關(guān)于熱學(xué)超材料拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)）”。該成果有效突破了熱學(xué)超材料智能設(shè)計(jì)的技術(shù)瓶頸，設(shè)計(jì)了“熱隱衣”，可屏蔽外部溫度場(chǎng)對(duì)器件內(nèi)部物體的干擾，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)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(shí)現(xiàn)突破。

深度學(xué)習(xí)賦能的熱學(xué)超材料智能設(shè)計(jì)示意圖。

據(jù)悉，通過設(shè)計(jì)熱學(xué)超材料的結(jié)構(gòu)構(gòu)型，可實(shí)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(jì)涉及高維設(shè)計(jì)空間、多個(gè)局部極值、巨大計(jì)算成本，以及熱學(xué)屬性與單胞結(jié)構(gòu)間存在多種對(duì)應(yīng)關(guān)系等，給熱學(xué)超材料的智能設(shè)計(jì)帶來了挑戰(zhàn)，即自動(dòng)、實(shí)時(shí)、可定制化地設(shè)計(jì)熱學(xué)超材料。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，高亮教授研究團(tuán)隊(duì)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(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了自由形狀熱學(xué)超材料的智能設(shè)計(jì)。

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(dòng)、實(shí)時(shí)地生成具有目標(biāo)熱傳導(dǎo)張量的拓?fù)涔δ軉伟?，進(jìn)而快速生成熱學(xué)超材料。

基于上述思路，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了多種具有自由形狀、背景溫度獨(dú)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)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?shí)時(shí)設(shè)計(jì)。

長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)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(duì)成員華科大機(jī)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(jì)提供了全新思路，可靈活實(shí)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(jì)，解決了傳統(tǒng)熱學(xué)超材料設(shè)計(jì)中大規(guī)模有限元計(jì)算與反復(fù)優(yōu)化迭代所帶來的計(jì)算效率低的難題，進(jìn)一步推動(dòng)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(zhǎng)的路要走?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)成員華科大機(jī)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還有很長(zhǎng)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(jì)是工程化的瓶頸。衣服的功能首先是不束縛人體，因?yàn)橐路乔妫懿灰?guī)則，3D打印也存在很大難度。（長(zhǎng)江日?qǐng)?bào)）

審核編輯：劉清