EKHI：一个开放的固体材料光学与热辐射性质数据库

为什么高温材料与隐匿数据很重要

从喷气发动机到太阳能电站，甚至航天器，许多先进技术都依赖材料的发光、反射和传热特性。然而，关于这些行为的大量重要实验数据多年来一直锁在老旧的印刷表格和图表中。本文介绍了研究人员如何谨慎地抢救、数字化并整理这些分散的信息，构建出 EKHI —— 一个开放的在线数据库，使科学家和工程师更容易查找并重复使用关于固体材料如何与光和热相互作用的可靠数据。

解锁一个世纪的测量数据

半个多世纪以来，工程师们测量了金属、陶瓷和涂层在宽温度和波长范围内的热辐射发射、反射、吸收和透射特性。这些测量对于预测航天器表面会变得多热、太阳能吸收体的效率如何或高温涂层的老化过程至关重要。但这些结果本质上很复杂：它们同时依赖温度、波长和观测方向，以及表面粗糙度和孔隙率等微观细节。由于这种复杂性，实验结果通常以密集的表格和图表发布，并附有关于样品制备和测量方法的详细说明。直到现在，这些记录在现代计算模型中仍难以检索或重用。

基于经典参考汇编开展工作

这项工作的一个重要起点是《物质热物理性质 TPRC 数据系列》，这是 1970 年代的一套参考卷，汇集了 1900 至 1970 年间数百篇原始研究的辐射属性数据。这些书籍因其对金属元素与合金、非金属固体和涂层数据的批判性评估与整理而被广泛引用。然而，它们仅以扫描页的形式存在。本研究的作者从美国政府技术报告档案中获取了 TPRC 卷的数字影印本，并将其作为主要源文献。他们的目标是把这些经典汇编的丰富内容带入数字时代，同时遵循现代科研数据应易于查找、访问、与其他数据集结合并可可靠重用的期望。

从扫描页到结构化文件

团队设计了一个分步工作流，将扫描书籍转化为机器可读文件。首先，他们使用 Python 工具、光学字符识别、大型语言模型和细致的人工校对，将参考文献列表、详细描述表和数字数据表转换为文本。接着，他们利用在线索引服务查找每篇原始论文，确认完整引文并测试其是否仍可访问。初始发布中仅保留可追溯到当前可获取原始来源的数据，以质量和可追溯性优先于数量。随后，他们用书中印刷的标识符将每条数字曲线与相应的实验与样品描述以及对应的出版物链接起来。最后，他们将所有信息整理为标准化的数字记录。

EKHI 数据集包含的内容

所得数据集包含 1,251 条曲线，近 19,000 个数值，来源于 167 篇可获取的原始研究和 171 种不同的固体材料。它覆盖四类主要的辐射行为：材料对热辐射的发射、反射、透射或吸收，并细分为诸如法向或半球观测条件等具体情形。数据跨越从接近绝对零度到熔点的温度范围，以及从紫外到远红外的波长范围，非金属固体的覆盖尤为广泛。反射率占条目的一半以上，其次是发射率和透射率，而吸收率数据相对稀少。每条记录以一种广泛使用的文本格式 JSON 存储，包含原始数值、单位、样品与测量设置描述以及完整的出版信息，结构安排便于计算机自动检查与解释。

验证可靠性并共享工具

鉴于原始测量在数十年前完成，作者们并不试图重新评判其科学质量，而是重点保存并验证数字化过程。他们手动核实每篇被引用的文章是否可访问，书目的细节是否一致，以及抄录的表格和注释是否逐条与印刷书籍相符。可疑点被标记并通过 EKHI 网站进行可视化检查，用户可以浏览材料与属性并交互式查看绘制的曲线。团队还运行了自动检查，确保每个 JSON 文件遵循预定义模式。与数据集同时发布的还有用于处理数据的脚本和文件结构的正式描述，以便他人能复现这项工作、扩展它或将相同方法应用于新来源。

对未来研究的意义

简单来说，本文展示了如何将一堆难以使用但很有价值的旧测量数据转化为清晰、可检索且可重用的资源。EKHI 并不能取代新的实验，也不声称对任何性质提供最终权威值。相反，它大大简化了研究人员比较不同研究、发现异常结果，并将现实的辐射属性输入模拟或数据驱动模型的过程。通过将数值与丰富的上下文配对并确保每条曲线都可追溯回其原始论文，EKHI 为今后有关固体材料如何处理热与光的研究提供了坚实基础。

引用: Gabirondo-López, J., Sainz-Menchón, M., Tolosa-Lecea, I. et al. EKHI: an open database of optical and thermal radiative properties of solid materials. Sci Data 13, 740 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-07083-9

关键词: 热辐射性质, 光学数据, 材料数据库, 发射率 反射率, FAIR 数据