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前沿科技之首款隐热斗篷问世

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发表于 2012-4-1 20:59:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
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。 ) l" Z& N; {$ Z* D# b  m& w
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。 % J" {- \9 m) E% l' c
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,”
3 B- l' Q$ b( |% }/ Q) B! d$ l 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。 0 M+ p0 [4 M( _
“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。”
3 q* A) t. o4 F9 o 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。 7 p1 A7 d1 Z- ^' ]0 U7 K
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。
9 ^; V$ y1 q8 C6 z1 O “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。
# l1 q2 v' |7 N  e" }; V5 Z 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。 8 r6 ?; H2 k; @5 o* B) Y2 l
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。' }# G$ z; Y4 C$ u+ n1 `+ Y

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