北京4月29日電 韓國浦項科技大學化學工程系與蔚山科學技術院機械工程系科學家攜手，研發(fā)出一套通用計算機設計框架，能自主設計出熱電發(fā)電機的迄今最佳構型，其性能較傳統(tǒng)設計提升逾8倍。相關論文發(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期。根本原因在于，設備輸出不僅取決于材料優(yōu)劣，更受制于結構設計。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)設計多依賴研究者經(jīng)驗直覺與反復試錯，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。計算機摒棄預設模板，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，此類構型能精準調控熱流路徑、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，將虛擬設計轉化為實體并開展實測。結果顯示，最優(yōu)構型的發(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，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)境為導向、設計驅動性能躍升的新路徑。這一技術可直接輸入條件、一鍵生成最優(yōu)結構，無須人工試錯。未來若與人工智能技術深度融合，其應用邊界與產業(yè)影響力必將進一步拓展。
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