盛夏的太陽似乎能把一切都給曬化。如果有一種涂料，能給樓宇帶來強大的自主散熱性能，用它粉刷的外墻，哪怕在烈日下依然可以保持涼爽，該有多好？

如今，這樣的理想材料已經被設計并且制備出來。更重要是，其設計方案是由材料科學家訓練的AI自動生成的。這種新的科研范式，不僅為未來材料的研發帶來徹底變革，也再次證明AI在賦能科學研究方面的顛覆性能力。

北京時間7月2日晚，由上海交通大學團隊領銜的一項重大原創成果，登上國際頂尖學術期刊《自然》。經過5年多探索，該團隊成功訓練出了一個AI模型，能根據人們的需求自動“設計”出具備極限熱輻射能力的超材料，可以為建筑節能，讓服裝降溫，還能幫助航天器更高效散熱。

給建筑穿上自動降溫服

昨天，記者來到上海交通大學張江高等研究院，在金屬基復合材料全國重點實驗室、材料科學與工程學院周涵教授課題組的實驗室見到了這個AI模型。

它用起來有點類似和DeepSeek聊天：科研人員只要將所需的材料光譜特性輸入電腦，按下運行鍵，屏幕上就開始不斷“吐出”一連串字母和數字，同時交替閃現和材料性能相關的曲線圖……經過10秒左右，AI就“算”出了所對應的材料配方。

有了配方，科學家就可將它從“紙”變成實物。周涵團隊在實驗室里制備的AI+材料中，包括一款看起來、聞起來、用起來都和普通涂料很接近的白色液體。它具備優異的熱輻射性能，或者說自降溫效果。將它刷上外墻，一夜晾干，就會產生零能耗的“被動空調”效果。實驗結果顯示，在上海去年7月的一天正午陽光下，這種涂料涂過的建筑模型表面溫度僅為37℃，遠低于普通灰色涂料的61℃，比普通白色涂料也低了4℃以上。據透露，其成本并不高。

這種降溫涂料的應用，仿佛給建筑穿上了“自動散熱服”。如果將它廣泛應用于屋頂，就可產生顯著的節能減排效果，從而大幅緩解城市的熱島效應。據課題組測算，在低緯度地區，這種涂料每年可讓每平方米屋頂減排二氧化碳10噸，減少用電20度。

除了給樓宇降溫，AI+材料還可用于服裝、通信、醫療、航天等場景。比如，如果能將它加工成薄膜，覆蓋在服裝外層，夏天穿著時會非常涼爽。如果用于航天，那么宇宙飛船在太空中的散熱難題有望迎刃而解。

3個月算出5萬種配方

通過“AI+”方法設計、制備的這種材料被稱作“熱輻射超材料”，是一種能聰明調節熱量散發、反射和吸收的特殊材料。而所謂“超材料”是指由人工設計制造、具備超常物理性質的材料。

過去，要設計出超材料，科學家們的手段極其有限。由于決定超材料性能的主要是其特殊的微結構和材料組分，但結構和材料組分的組合，至少存在百萬種可能。要從中找到滿足需求的材料，科學家只能依賴經驗反復嘗試，某種程度上就像買彩票，效率極低。但隨著AI工具的引入，超材料設計從“猜猜猜”變為高效的“算算算”。

超材料的三維結構和材料組分，決定了它的物理特性。

周涵告訴記者，團隊構建了一個熱輻射超材料的AI設計模型，輸入所需的光譜特性后，AI可大批量自動生成候選方案并“優中選優”，這就讓“刮彩票”變成了按圖索驥。比如，想要提升宇宙飛船的散熱性能，只需給AI“提要求”，讓它設計在全波段光譜下具備優異熱輻射性能的超材料。如果要讓某些材料在散熱的同時保持“紅外隱身”，那么就可針對傳感器參數，讓AI設計出具有特殊散熱光譜波段的材料。

周涵提到，訓練熱輻射超材料AI的“教材”和靈感，有些來自大自然的啟發。實際上，大自然中也有部分生物擁有和超材料相近的肌體結構。比如，一種常常出現在火山口附近的昆蟲，因為其外殼擁有大片極其微小的三棱柱凸起可高效散熱，從而抵御致命高溫。

億萬年物競天擇，讓大自然進化出了許多具有超常特性的微結構。周涵團隊由此梳理和提煉出大量微觀三維結構和空間排列方式，結合各種常見的有機和無機材料數據庫，通過數學建模，形成了龐大數據庫。經過深度學習，AI最終形成了一種洞察力，可以根據熱輻射特性，逆向推導出超材料的微結構和成分。據測算，這名“AI材料學家”僅用了3個月時間訓練，就得到了包含5萬種配方的模型體系；而如果按傳統方法“試錯迭代”，其耗時甚至將遠超宇宙誕生至今的總時長。

“不被看好的研究”差點放棄

《自然》審稿人對這項成果給予高度評價，將其稱為“杰出研究”，“標志著機器學習驅動的超材料設計領域取得了重大進展”，扎實而全面的實驗結果“令人信服且具有重要影響”。

據介紹，該研究由周涵課題組、金屬基復合材料全國重點實驗室主任張荻院士團隊，聯合新加坡國立大學仇成偉院士團隊、美國德克薩斯大學奧斯汀分校鄭躍兵教授團隊完成。該項工作得到國家自然科學基金委、上海市科學技術發展資金、上海交通大學2030計劃的資助，已獲得軟件著作權并已申請相關發明專利。

周涵（右一）與肖誠禹（右二）用他們研發的超材料涂料涂刷基材，以便進一步驗證其物理性能。

周涵透露，研究一路走來非常艱辛。2018年，她就產生了利用深度學習進行材料研發的想法。雖然當時AI的熱度遠不及現在，課題申請未獲認可，但她并沒有放棄。2019年，周涵鼓勵學生肖誠禹（目前為上海交大博士生，也是論文第一作者）嘗試該研究。這位材料學背景的學生對計算機和AI有很強興趣，并一直自學編程。就這樣，以這對師徒為核心的團隊開始了5年奮斗。

值得一提的是，2022年，他們原本已基本完成了論文初稿，然而調研發現，國際上該領域競爭十分激烈。為了進一步凸顯優勢，他們幾乎推翻了原先的思路，將數據規模擴展5倍，重新設計了文章架構和實驗，又花了2年多時間才正式完稿，前前后后加起來論文積累下了100多個修改版本。

事實上，這篇頂刊論文也是肖誠禹科研生涯發表的第一篇論文。他告訴記者，幾年前，當課題面臨重大調整之時，曾一度想要放棄。在導師的鼓勵下，他意識到這是一項極具前沿挑戰性的工作，咬牙堅持到最后。

目前，這個AI模型已具備輔助超材料設計的現實能力，未來有望進一步優化迭代。由它設計的材料，可實現低成本制備，有望批量生產。這意味著，科學家與AI攜手，不僅能帶來頂尖學術成果，也正在讓科技的“超能力”走進生活。