德研制出“隱熱”衣讓熱“彎曲”傳導(dǎo)

利用特殊的超介質(zhì)材料讓光線(xiàn)、聲音繞過(guò)物體傳播，能達(dá)到隱形、隱身的效果。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)2013年5月9日(北京時(shí)間)報(bào)道，最近，德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)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(guò)中央的隱藏區(qū)而傳導(dǎo)。相關(guān)論文發(fā)表在最近的《物理評(píng)論快報(bào)》上。

這種“隱熱”衣是用銅和硅制造的一個(gè)盤(pán)子，盤(pán)子雖能導(dǎo)熱但其中心的圓形區(qū)域卻不會(huì)受熱力影響。“這兩種材料必須排列得十分巧妙。”論文第一作者、KIT的羅伯特·斯奇特尼解釋說(shuō)，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。“我們給一個(gè)薄銅盤(pán)制作了多重環(huán)形花紋的硅結(jié)構(gòu)，使它能從多個(gè)方向，以不同的速度來(lái)傳導(dǎo)熱量，這樣繞過(guò)一個(gè)隱藏目標(biāo)所需的時(shí)間就能互相彌補(bǔ)。”

如果給一個(gè)簡(jiǎn)單的金屬盤(pán)的左邊加熱，熱量會(huì)一致地向右傳導(dǎo)，盤(pán)子的溫度從左到右會(huì)呈下降趨勢(shì)。如果用這種銅硅超介質(zhì)材料來(lái)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，也會(huì)表現(xiàn)出類(lèi)似現(xiàn)象，但卻只在盤(pán)子外圈呈現(xiàn)溫度從左到右的下降，沒(méi)有熱量能穿透到內(nèi)部，在內(nèi)圈沒(méi)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。”KIT應(yīng)用物理研究所所長(zhǎng)馬丁·維吉納說(shuō)。雖然光學(xué)和聲學(xué)是基于波的傳播，熱只是原子的無(wú)序運(yùn)動(dòng)，但卻可以用基本數(shù)學(xué)公式來(lái)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。

維吉納還表示，希望他們的研究能成為一個(gè)基礎(chǔ)，為熱力學(xué)超材料領(lǐng)域的更多深入開(kāi)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(zhǎng)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(dòng)部件或機(jī)器上。