科技日报记者 刘霞
美国北卡罗来纳州立大学的研究人员开发了一种由人工智能驱动的自主实验室PoLARIS，该设备专门用于进行钙钛矿材料的反应推理与合成。在短短12小时内，它能够从众多潜在配方中筛选出一种无铅且具备高亮度特性的发光纳米材料。这一成果有望推动更安全的发光纳米薄片的研发，并可应用于光电探测器和太阳能燃料生产等多个领域。
纳米薄片是一种厚度仅为十亿分之一米的晶体薄膜，属于PoLARIS最新发现的一种无铅“双钙钛矿”家族成员。这类材料可以灵活调整原子结构来控制其吸收与发射光线的能力。
制备具备理想光学特性的发光纳米薄片具有极高的挑战性，需要探索大量复杂的变量组合。传统的方法效率低下且容易忽略不同反应参数之间的相互影响。PoLARIS不仅可以迅速合成更安全的光学纳米薄片，还能自主分析其光学特性，并根据结果优化后续实验条件。
在开始阶段，团队选择了特定前体材料并设定了目标——寻找无铅和不含重金属的双钙钛矿纳米片，同时确保它们拥有最强烈的光致发光性能。接着，PoLARIS按照不同的配方执行了一系列实验，逐步调整了包括原料比例、反应温度及时间在内的各种参数。每次实验生成的小液滴被用作微型反应容器，并立即进行自动分析，随后反馈给AI系统用于指导下一步的实验设计。
在一次持续12小时的实验中，PoLARIS进行了超过一百次的尝试，最终确定了一种在同类产品中最安全且具有最佳光学性能的纳米薄片。除了找到优化配方之外，它还帮助科研人员理解了这种材料为何能达到如此高的发光效率。这标志着一种新型“人机协作”模式正逐步形成，以促进下一代新材料的研发。
PoLARIS展现出了优秀的扩展能力。它可以用于发现最优质的双钙钛矿纳米薄片，并且能够切换至连续生产已优化的目标材料的模式。
研究团队指出，许多未来技术所需的复杂材料超出了人类直觉所能处理的程度。像PoLARIS这样的自动化实验室为探索未知领域提供了快速、高效的途径，同时也带来了更深层次的科学见解。