非平衡合成方法与AI结合如何加速材料发现过程？

非平衡合成方法与AI结合通过以下机制显著加速材料发现过程：[C132-C136]

1. 突破传统材料设计限制

• 非平衡合成方法（如火焰喷雾热解、放电等离子体等）能克服热力学障碍，将传统方法不相容的元素整合到单相高熵材料中[C11][C16][C120]
• 例如，火焰喷雾热解已成功合成包含25种元素的高熵氟化物氧化物，放电等离子体制备了21种元素的FeCoNiCrYTiVCuAlNbMoTaWZnCdPbBiAgInMnSn高熵合金[C16][C119]
• 这种能力将材料组成空间从传统体系的有限组合扩展至近乎无限（如10元素体系在1%摩尔分辨率下有超过4.3×10¹²种组合）[C132]

2. AI驱动的数据闭环优化

• 正向设计：AI模型基于材料组成、结构与性能的数据库预测新材料的性能[C133]
• 逆向设计：AI通过全局优化算法提出目标性能的候选材料组成[C133]
• 闭环迭代：非平衡合成的高通量实验提供验证数据，AI根据结果持续优化模型，形成"实验-预测-验证"循环[C135]
• 实例：在有机半导体研究中，AI通过两轮迭代筛选出效率达**26.2%**的空穴传输材料[C133]

3. 高通量合成与AI协同

• 非平衡方法（如激光烧蚀、闪光焦耳加热）支持分钟级合成数十种成分的纳米材料[C126][C214]
• 气溶胶技术（火焰喷雾热解、喷雾干燥）通过连续流程可单日生产288种样品，切换前体溶液即可实现高通量[C126][C216]
• AI整合这些实验数据，加速识别最优配方，例如：
  • 优化Pt基高熵合金电催化剂，甲醇氧化活性提升5-8倍[C88]
  • 设计高效OER电催化剂(FeCoNiCrTi)₃O₄[C122]

4. 规模化生产的突破

• 非平衡方法（如卷对卷闪蒸焦耳加热）实现7m/分钟连续生产[C48][C79]
• 工业级火焰喷雾反应器产能达吨/小时级[C52][C82]
• AI通过工艺参数优化（如温度曲线、气体配比）进一步提升规模化效率[C126]

5. 未来发展方向

• 建立非平衡合成数据库：记录极端条件下材料形成路径（如超快加热中的原子扩散动力学）[C31][C33]
• 开发多尺度AI模型：结合分子动力学（MD）模拟与实验数据，预测非平衡相变[C30][C44]
• 推动AI-机器人协同平台：实现自主实验闭环（如8天无干预合成688种催化剂）[C126][C212]