【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】熱超材料(Thermal Metamaterials)為人工設(shè)計熱學(xué)材料，即通過材料熱物性/幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計來規(guī)劃溫度分布或者熱流路徑，以實現(xiàn)在熱源及其附近區(qū)域的精準(zhǔn)熱管理。材料內(nèi)熱流與溫度場是耦合的，因此熱超材料設(shè)計理論上是一維的，即其功能目標(biāo)只能規(guī)劃溫度分布或者熱流路徑。目前，熱超材料研究一直圍繞溫度場分布展開的。近日，中國科大研究團隊首次提出基于可折疊V形結(jié)構(gòu)來規(guī)劃熱流3D路徑的熱超材料設(shè)計策略，研究結(jié)果以“ V‐Shaped 3D Electrothermal Dual‐Function Metamaterials: Dynamic Dual‐Field Cloak Through Geometric Transformation”為題，于6月25日在線發(fā)表在Advanced Functional Materials。該研究結(jié)果將為深入研究動態(tài)熱超材料提出了切實可行的理論框架。
 

圖1 V-ETDFM 的示意圖與結(jié)構(gòu)設(shè)計原理
 

　　平面熱流路徑經(jīng)過離面折疊后形成了空間路徑，其在視覺平面上則留下諸如熱斗篷等典型投影結(jié)構(gòu)。這些平面投影結(jié)構(gòu)就是參數(shù)化折疊結(jié)構(gòu)的設(shè)計及檢測目標(biāo)。在智能制造、柔性電子、熱管理和能量轉(zhuǎn)換等應(yīng)用領(lǐng)域中，多功能超材料已成為控制多物理場的必經(jīng)之路，作者進一步提出V形三維電熱雙功能超材料(V-ETDFM)架構(gòu)，實現(xiàn)對電傳輸和熱傳輸?shù)母咝Э芍貥?gòu)控制。通過理論和數(shù)值分析，基于有效參數(shù)恒定的變換原理，完成了對V形框架進行可逆拉伸與壓縮，證明了動態(tài)控制隱身參數(shù)(包括尺寸、形狀和空間位置)的有效性。為了驗證理論，作者設(shè)計與制作了4種形狀隱身區(qū)域的電熱隱身實驗裝置，通過靜態(tài)關(guān)鍵特征驗證了設(shè)計原理的有效性、可行性與可靠性；同時，設(shè)計參數(shù)的連續(xù)可調(diào)性為未來探索實時動態(tài)調(diào)諧提供了可操作的技術(shù)路徑，為電熱多功能超材料與柔性可重構(gòu)多物理場調(diào)控提供了全新的理論框架。
 

　　該論文的三位共同第一作者為工程科學(xué)學(xué)院研究生周以諾、信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院研究生曹先榮，以及工程科學(xué)學(xué)院本科生王政鴻；本文通訊作者依次為浙江大學(xué)的成正東教授，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的胡芃教授、何立群副教授以及趙剛教授。本文工作得到了國家自然科學(xué)基金(U24A20764, 82172114))與科技部重點研發(fā)項目(2021YFF0601004-01)等資助。