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逐梦未来能源,他为先进核能系统破解关键材料难题|TR35

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来源:滚动播报

(来源:上观新闻)


他是深耕先进核材料领域10余年的青年科学家,率先将人工智能引入核材料研究的探索者。他是入选2025年《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”(TR35)中国区榜单的复旦大学现代物理研究所青年研究员张宏亮。

从童年对能源的朴素好奇,到为“人造太阳”等聚变装置筑牢材料防线,张宏亮始终围绕国家能源发展需求开展科研攻关,为未来能源提供关键材料支撑。“希望有一天,能源足够安全、清洁、高效。”是他始终追寻的科研目标。



01 为未来能源

打造关键材料

张宏亮对能源的兴趣始于童年。“小时候家里偶尔停电,夜晚只能点着蜡烛写作业,冬天父母舍不得多开取暖设备。”这些生活片段,让他很早就意识到能源的重要性,不仅关乎国家发展,也影响着每个人的日常。

有没有一种安全、清洁、高效的能源,让人们不用再为成本和短缺担忧?带着这份好奇,他走进核科学领域,一待就是十七年。

目前,张宏亮主要面向可控核聚变和第四代核能系统,开展先进核材料研发。以“人造太阳”为例,可控核聚变装置需要在高温、强高能粒子轰击以及腐蚀性介质并存的环境下长期运行。“普通材料无法在这样苛刻的条件下长期稳定工作,因此需要研发专门的核材料,保障核装置安全。”他解释道。安全是核能行业的生命线。面对更高性能、更复杂运行环境的新一代核能装置,材料突破是推动技术发展的重要基础。

为此,围绕先进核材料“怎么造”“怎么测”“怎么用”三个关键问题,张宏亮团队持续开展原创性研究。团队发明了低成本制备高性能核用陶瓷材料的新方法,自主搭建了国际首创的多离子束多物理场耦合实时原位分析装置,并围绕材料耐辐照、耐腐蚀等性能机制持续攻关,将基础研究成果不断转化为工程应用。

目前,在上海市科委相关项目支持下,团队研发的先进核能系统用高性能涂层材料已进入工艺放大阶段,并向新一代核能装置应用迈进。


02 AI赋能材料研究

打开新路径


张宏亮的科研工具箱里,有一件特别的“利器”,人工智能。如今AI赋能科研已成为热点,而早在2018年,他便开始探索机器学习在核材料研究中的应用,在业内率先将机器学习与透射电镜结合,用于纳米尺度微观缺陷的智能识别。

这个跨界的灵感,源自张宏亮对不同领域前沿技术的持续关注。一次计算机科学相关讲座上,一支团队分享了如何利用机器学习识别海量图片中的猫和狗,让他捕捉到跨界融合的可能:“既然AI能够判断猫和狗,能不能判断材料里面的微观结构变化和缺陷特征?”

彼时,张宏亮每天都要面对大量透射电镜图片。一张2048×2048像素的图片,需要放大后逐一测量缺陷的尺寸、形状和取向,再记录整理。“每天从早看到晚,最多也只能处理七八张。”他说,不仅效率有限,许多细微却关键的变化,也可能因为统计数量不足或人为判断差异而被忽略。

带着这个想法,张宏亮开始自学机器学习,将图像识别算法迁移到纳米尺度材料研究中。经过多年的数据积累和算法持续优化,团队将模型识别准确率从最初的93%提升至99.9%,如今一小时便可完成上百张图片分析。这一方法不仅大幅提升了材料微观缺陷分析效率,也帮助科研人员将更多精力投入材料性能演化规律和微观机制研究。

从材料研究中发现问题,到跨学科寻找方法,推动核材料的数字化与智能化转型,张宏亮不断尝试打破学科边界,为核材料研究打开了新的可能。


03 让更多人

了解核材料


得知入选TR35,张宏亮的第一反应是“惊喜,也很意外”。在他看来,这份荣誉既能让更多人了解先进核材料,也为不同学科间的交流打开了一扇窗。

“核材料研究本身就是高度交叉的领域,涉及核物理、材料、冶金等多个方向。”此前将机器学习引入透射电镜分析的经历,让张宏亮更加确信跨学科交流的价值。在TR35社区,不同领域的青年科学家聚在一起,张宏亮期待在这里与人工智能、等离子体等领域的同行碰撞出新的可能。“有些更前沿的技术,可能还没来得及公开发表。通过交流,我们也许能更早了解它们,看能不能用到核材料研究中。”

随着人工智能技术不断融入科研,团队已在畅想一条更完整的智能化研究链条:从电镜自动采集图片,到缺陷识别与统计分析,再到人工智能辅助判断,让更多实验环节实现自动化,进一步提升材料研究的效率和深度。

谈及未来,张宏亮表示,自己正处在科研工作的“黄金期”,多年科研训练让他积累了技术和经验,也依然保有探索未知、拥抱新技术的锐气。“未来希望继续面向国家重大需求,做一些真正有用的科研,解决真正有价值的问题。”他说。同时,他将保持开放的科研视野,将新技术、新理念融入核材料研究。

“不仅仅是35岁,未来无论走到哪个阶段,我都希望能够保持对世界的好奇,保持探索未知、拥抱新事物的热情。”对张宏亮而言,科研是一场不断学习、不断探索的旅程。从跨学科引入人工智能,到攻关新型核材料,他的每一次尝试都在打开新的可能。童年烛光下对安全、清洁、高效能源的朴素向往,也正在一次次科研突破中,逐渐走进现实。

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