前沿科技之首款隐热斗篷问世

扫街 · 发表于 2012-4-1 20:59:41

有一种新方法可创造隐形斗篷，法国的一组研究人员提出，可使物体隔离热源，或对热源隐形，这实际上就是“隐热斗篷”或“热隐形”（thermal cloaking）。这种方法，研究人员已经介绍过，就在光学协会（OSA：Optical Society）的开放期刊《光学快递》（Optics Express）上，发表于3月26日，题为《转换热力学：屏蔽和集中热通量》（Transformation thermodynamics: cloaking and concentrating heat flux）。这种方法涉及到的原理与光学隐形相同，可能会带来一些新的方法，控制热电子，而且，从更大尺度上看，有朝一日也会用于航天器和太阳能技术。
最新研究的隐形斗篷，依靠的物理原理是变换光学（transformation optics），需要使用超材料，弯曲光线，这样，光线传播时，就会绕开一个空间，而不是穿过它。塞巴斯蒂安古恩耐（Sebastien Guenneau）既任职于埃克斯-马赛大学（University of Aix-Marseille），也任职于法国国家科学研究中心（CRNS：Centre National de la Recherche Scientifique），他决定进行研究，与法国国家科学研究中心的同事一起，搞清楚类似的做法是否可用于热扩散。
古恩耐说：“我们这项研究的主要目标是控制热扩散途径，采用的方法类似用于波动的方法，比如光波或声波，需要采用变换光学的工具，”
虽然这项技术利用了相同的基本理论，就像最新研究的光学隐形一样，但是，有一个关键的区别。他解释说，到现在为止，隐形研究的中心一直是操纵波动轨迹（revolved around）。这些波动包括电磁波（光），压力波（音），弹性动力波（地震），流体力学波（海洋）。他指出，他们研究热，最大的区别是，所涉及的物理现象是扩散，而不是波的传播。
“热不是波，它只是从热的区域扩散到冷的区域，”古恩耐说。“起作用的数学和物理学大不相同。例如，波可传播很长距离，很少有衰减，而温度通常只能短距离扩散。”
为了创造他们自己的热隐形斗篷，古恩耐和他的同事们应用数学，计算变换光学的热扩散方程，发现他们的想法能奏效。
采用他们的二维方法，热量从热物体流向凉的物体，而热通量等级会穿过空间中的任何区域，表现为不同距离之间等温线（以同心圆扩散）。然后，他们改变等温线的几何形状，使它们绕过而不是穿过圆形区域，到达恰当的热源，这样，放在这一区域的任何物体，都可以屏蔽热流。
“我们可以设计一个斗篷，使热量扩散时绕开隐形区域，这一区域就可以受到保护，不受热的损害。我们也可以迫使热量集中在一个小体积内，这个空间随后会升温，非常迅速，”古恩耐说。
能够使一个区域屏蔽热量，或集中热量，这是一种非常有用的性能，有广泛的应用前景。例如，屏蔽纳米电子和微电子器件，使它们免于过热，这是电子和半导体行业面临的一个最大的挑战，在这一领域，热隐形可以发挥巨大的作用。在更大的尺度上，在遥远的未来，大型计算机和航天器也可大大受益。而从集中热量的角度来看，这个特点太阳能产业会发现很有意义。
古恩耐和他的同事们现在正在研究，开发热斗篷原型，用于微电子领域，他们预计，在未来几个月内就可制成。

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