在材料科学领域,解析材料的微观结构对研究其性能和设计新材料至关重要。然而,直接获取材料的三维微观结构通常面临巨大技术挑战。这是因为我们只能通过显微镜观察材料的二维切片,而无法直接获取完整的三维形貌。为了解决这一问题,科学家们开发了一种名为SliceGAN 的人工智能模型,该模型能够从二维图像推测材料的三维微观结构,为材料科学研究提供了全新的工具。本节将探讨SliceGAN 的工作原理,并讨论人工智能在材料科学中的应用前景。

石墨(左)和金刚石(右)的原子排列
我们所处的物质世界之所以千变万化,不仅取决于材料本身的多样性,还受到其微观结构的深刻影响。微观结构指的是材料在微米或更小尺度结构单元下的组织排列方式,它直接决定了材料的物理、化学和机械性能。例如,碳元素可以以不同的微观结构排列,形成截然不同的材料。当碳原子以层状排列时,形成的是黑色且柔软的石墨;而当碳原子呈网状排列时,形成的则是透明且坚硬的金刚石