冷暖自知——隱熱衣可讓熱量彎曲傳導(dǎo)

利用特殊的超介質(zhì)材料讓光線、聲音繞過物體傳播，能達(dá)到隱形、隱身的效果。最近，德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院的研究人員成功演示了超材料同樣也能影響熱的傳導(dǎo)。他們的“隱熱”衣能讓熱力“彎曲”似的、繞過中央的隱藏區(qū)而傳導(dǎo)。

這種“隱熱”衣是用銅和硅制造的一個盤子，盤子雖能導(dǎo)熱但其中心的圓形區(qū)域卻不會受熱力影響?！斑@兩種材料必須排列得十分巧妙?！毖芯咳藛T解釋說，銅是熱的良導(dǎo)體，而所用的硅材料叫做PDMS，是一種不良導(dǎo)體。他們給一個薄銅盤制作了多重環(huán)形花紋的硅結(jié)構(gòu)，使它能從多個方向、以不同的速度來傳導(dǎo)熱量，這樣繞過一個隱藏目標(biāo)所需的時間就能互相彌補(bǔ)。

如果給一個簡單的金屬盤的左邊加熱，熱量會一致地向右傳導(dǎo)，盤子的溫度從左到右會呈下降趨勢。如果用這種銅硅超介質(zhì)材料來做這個實(shí)驗(yàn)，也會表現(xiàn)出類似現(xiàn)象，但卻只在盤子外圈呈現(xiàn)溫度從左到右的下降，沒有熱量能穿透到內(nèi)部，在內(nèi)圈沒有任何被加熱的跡象。

這些成果表明，變換光學(xué)的方法可以用在完全不同的熱力學(xué)領(lǐng)域。雖然光學(xué)和聲學(xué)是基于波的傳播，熱只是原子的無序運(yùn)動，但卻可以用基本數(shù)學(xué)公式來計(jì)算影響“隱熱”衣受熱的結(jié)構(gòu)。利用所謂的變換光學(xué)方法，能計(jì)算出描述熱傳播的坐標(biāo)圖的扭曲。這種虛擬的扭曲可以變成真實(shí)的超材料結(jié)構(gòu)，讓入射光沿著被隱形目標(biāo)彎曲，就好像它不存在似的。

希望這一研究能成為一個基礎(chǔ)，為熱力學(xué)超材料領(lǐng)域的更多深入開發(fā)提供支持。在基礎(chǔ)研究中，“隱熱”衣還是相當(dāng)新的領(lǐng)域。從長遠(yuǎn)考慮，它可以用在許多地方實(shí)現(xiàn)有效的熱量管理，如微芯片、電動部件或機(jī)器上。