我所顾剑锋教授联合国内外学者在热学超材料领域取得重要进展。相关成果以 “Sub-Unit-Cell Logic Governs Transport in TPMS Architectures” 为题，发表于国际期刊 Advanced Science（DOI: 10.1002/advs.202523188），并入选期刊内封面（Inside Cover）。该研究以钟豪章博士后为第一作者，顾剑锋教授（上海交通大学）、马前杰出教授（RMIT University）、吕坚院士（香港城市大学）和俞彬彬博士（上海交通大学）为通讯作者，从全新视角揭示了复杂结构中热传输的基本规律。

图1. TPMS热学超材料从宏观散热器到子单元的跨尺度结构示意图。

        面向新一代能源、热管理与化工系统的发展需求，亟需构建能够在多尺度上实现高效传输的结构体系。TPMS（Triply Periodic Minimal Surface）结构自1865年提出以来，因其三维连续且可扩展的几何特征，被广泛认为具有优异的传输潜力。然而，其复杂拓扑结构与传输性能之间的内在关联机制长期缺乏清晰认识。

图2. 基于晶体对称性分析与Voronoi分解方法，将Fischer–Koch TPMS单元结构解构为48个彼此等价、仅取向不同的类流道子单元，揭示了TPMS结构中最小传热功能基元的内在构成。

        针对这一关键问题，研究团队提出了一种基于子单元或本征传热单元（sub-unit cell，即尺度小于晶胞的结构基本构元）的流道解构框架。通过晶体对称性分析与Voronoi分解，将复杂TPMS结构系统性地拆解为一组在几何构型与传热行为上均等价的子单元，并据此将其确立为最小传热功能基元，类比为“热学基因”。在此基础上，进一步构建了可预测的传热性能评估模型，实现了结构参数与传输性能之间的定量关联，从而为热学超材料提供了新的设计范式。

图3. 基于子单元（sub-unit-cell）框架，对TPMS结构设计空间进行系统筛选与对比，建立结构参数与传热性能之间的关联关系，实现高效传热结构的定量评估与优选。

图4. 采用绿激光选区熔化（GL-PBF）技术制备高质量纯铜TPMS结构，展示其复杂三维流道的高精度成形能力及良好的结构完整性。

图5. 铜TPMS换热器的液冷热交换实验验证结果，表明其在实现高传热效率的同时显著降低流动阻力，体现出优异的综合性能（高j/f），验证了所提出设计方法的有效性。