熱超材料的靜態(tài)和動態(tài)調(diào)控

熱設(shè)計 2024-07-08

來源：Physics Reports

原文：https://doi.org/10.1016/j.physrep.2024.05.004

01 背景介紹

靜態(tài)和動態(tài)超材料具有操縱不同物理場的能力而被廣泛研究和應(yīng)用于多個領(lǐng)域。熱傳遞方程包含非線性項，遵守質(zhì)量、動量和能量守恒，因而在不同的傳遞模式下，可以展現(xiàn)橢圓型、拋物線型、雙曲型和混合型。這類多模式傳遞特性使得熱超材料在靜態(tài)和動態(tài)操縱機(jī)制上區(qū)別于其他超材料。采用變換理論和其他方法來調(diào)制靜態(tài)熱超材料的輻射特性，推動了熱隱身器、熱集中器、熱二極管等的發(fā)展。不同于靜態(tài)情況下，近年來熱傳遞操縱已擴(kuò)展到動態(tài)系統(tǒng)。在超材料設(shè)計中引入流體動力學(xué)導(dǎo)致了諸多新穎的物理效應(yīng)，如動態(tài)隱身、零阻力特性、拓?fù)錈醾鬟f、非互易擴(kuò)散和非厄米物理。此外，動態(tài)熱超材料允許在時間和空間維度上進(jìn)行精確控制，引發(fā)了可調(diào)節(jié)、可重構(gòu)和智能熱超器件等的應(yīng)用。然而，很少有研究從靜態(tài)和動態(tài)操縱的角度系統(tǒng)分析熱超材料。

02 成果掠影

近日，鄭州大學(xué)范春珍教授與華東理工大學(xué)王斌講師以及上海第二工業(yè)大學(xué)王駿副教授團(tuán)隊在熱學(xué)超材料領(lǐng)域，首次從動態(tài)和靜態(tài)的視角，對包括傳導(dǎo)、對流、輻射在內(nèi)的多模調(diào)控理論進(jìn)行了系統(tǒng)回顧，并對其中蘊(yùn)含的拓?fù)洹⒎腔ヒ缀头嵌蛎椎刃缕嫖锢硇?yīng)以及未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析和展望。研究成果以“Thermal metamaterials: From static to dynamic heat manipulation”為題發(fā)表在《Physics Reports》。

03 圖文導(dǎo)讀

圖1 從動態(tài)和靜態(tài)的角度描述熱超材料的框架圖。它們包含了操縱熱傳導(dǎo)、對流、輻射或其耦合效應(yīng)的能力，從而導(dǎo)致一些新現(xiàn)象，如隱形、輻射冷卻、阻力減少、拓?fù)鋽U(kuò)散、手性輸運和非厄米特效應(yīng)，這些現(xiàn)象在各個領(lǐng)域都有潛在的應(yīng)用。