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  仿生智能熱管理材料的研究正在快速發(fā)展，其與機器學(xué)習(xí)技術(shù)的結(jié)合為解決下一代能源系統(tǒng)、柔性電子和航空航天應(yīng)用中的熱管理挑戰(zhàn)提供了新的思路。通過人工智能，這一跨學(xué)科領(lǐng)域?qū)⑼苿臃律悄軣峁芾聿牧系陌l(fā)展，為實現(xiàn)智能化和可持續(xù)的熱管理解決方案提供堅實的科學(xué)基礎(chǔ)。這一領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新將有助于應(yīng)對全球能源消耗和環(huán)境壓力的雙重挑戰(zhàn)，為創(chuàng)造更加智能和綠色的未來做出貢獻(xiàn)。

圖1 仿生智能熱管理材料

  近日，天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院封偉教授團(tuán)隊系統(tǒng)地綜述了自然啟發(fā)和數(shù)據(jù)驅(qū)動的仿生智能熱管理材料的最新進(jìn)展（圖1）。詳細(xì)介紹了生物的熱調(diào)節(jié)原理啟發(fā)開發(fā)仿生智能熱管理材料的進(jìn)展（圖2），包括基于顏色轉(zhuǎn)換（圖3）、結(jié)構(gòu)變形和相變的策略。并深入探討了機器學(xué)習(xí)在仿生智能熱管理材料中的應(yīng)用，探索了如何利用大規(guī)模數(shù)據(jù)分析來增強材料的結(jié)構(gòu)和性能（圖4）。最后展望了仿生智能熱管理材料當(dāng)前存在的挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展方向（圖5）。該綜述以"Biomimetic Intelligent Thermal Management Materials: From Nature-Inspired Design to Machine Learning-Driven Discovery"為題發(fā)表《Advanced Materials》(Adv. Mater. 2025, 2503140)上。論文的共同第一作者為天津大學(xué)博士生張恒、博士生何青霞和德累斯頓萊布尼茨聚合物研究所博士后張飛，通訊作者為天津大學(xué)封偉教授。相關(guān)研究獲得國家自然科學(xué)基金重點項目和科技部重點研發(fā)項目支持。

圖2 機器學(xué)習(xí)和仿生智能熱管理材料發(fā)展的時間線

圖3 顏色變換仿生智能熱管理材料

圖4 機器學(xué)習(xí)賦能仿生智能熱管理材料的研發(fā)

圖5 仿生智能熱管理材料及其應(yīng)用

  該工作是團(tuán)隊近期關(guān)于仿生智能導(dǎo)熱材料相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。在智能熱管理領(lǐng)域，材料的復(fù)雜工況適應(yīng)性（如動態(tài)環(huán)境下的熱傳導(dǎo)穩(wěn)定性、多模態(tài)熱響應(yīng)能力等）一直是研究的難點。為此，團(tuán)隊發(fā)展了一種基于多模態(tài)熱響應(yīng)的智能熱管理材料設(shè)計策略，系統(tǒng)探索了材料在不同環(huán)境條件下的熱傳導(dǎo)行為與調(diào)控機制，揭示了一些長期以來被材料復(fù)雜工況所掩蓋的重要信息。在過去的兩年中，團(tuán)隊制備了一系列具有高熱傳導(dǎo)性能的仿生智能熱管理材料（Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2211985），并系統(tǒng)研究了這些材料在不同壓力和機械變形條件下的熱傳導(dǎo)特性（Nano Today 2024, 59, 102549）。這些材料具有優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能和環(huán)境適應(yīng)性，能夠有效應(yīng)對復(fù)雜工況下的熱管理需求。以這些高性能材料為基礎(chǔ)，團(tuán)隊進(jìn)一步探索了智能熱管理材料在多模態(tài)熱響應(yīng)中的應(yīng)用潛力，開發(fā)了具有自適應(yīng)熱調(diào)節(jié)功能的材料體系（SusMat 2023, 3, 843–858），并系統(tǒng)研究了仿生導(dǎo)熱材料在水下場景中的性能表現(xiàn)（ACS Nano 2024, 18, 32, 21399–21410）。這些研究成果不僅為智能熱管理材料的設(shè)計與應(yīng)用提供了新的思路和方法（Adv. Funct. Mater. 2019, 1901383；Adv. Funct. Mater. 2018, 1805053；Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2311906），還為相關(guān)領(lǐng)域的理論研究和實際應(yīng)用提供了重要的參考，特別是在仿生智能材料領(lǐng)域具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用前景。相關(guān)研究成果也已整理并收錄于團(tuán)隊編寫的專著《智能導(dǎo)熱材料的設(shè)計及應(yīng)用》中，進(jìn)一步推動了該領(lǐng)域的發(fā)展。

  原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202503140