热超材料进展 2008-2018从“热隐身”到“环境温差中零能耗保温”

1、热超材料进展: 2008-2018从“热隐身”到“环境温差中零能耗保温”进展一：温度依赖变换热学理论：开关热隐身与宏观热二极管进展二：温度捕获理论：环境温差中零能耗保温内容：两个进展进展一：温度依赖变换热学理论：开关热隐身与宏观热二极管进展二：温度捕获理论：环境温差中零能耗保温内容：两个进展在此领域(“热超构材料”)，已有的所有研究（实验、理论）：热导率视为常数实际情况： 是可以随温度变化的变量 = (T)研究动机对于= (T), 已有的变换热学理论还适用吗？C.Z. Fan, Y. Gao, and J.P. Huang, Appl. Phys. Lett. 92, 251907 (2008

2、)【热】G.W. Milton, M. Briane, and J.R. Willis, New J. Phys. 8, 248 (2006)【电】理论：非线性变换热学理论J =(x1, x2, xn)(y1, y2, ym)y1(x1,xn)y2(x1,xn)ym(x1,xn). 二要素：均匀介质+坐标变换J理论：非线性变换热学理论?对于= (T), 已有的变换热学理论还适用吗？这个理论有什么用？例如：设计开关热隐身、宏观热二极管基于解析理论：【各向异性、梯度热导率】但，实际如何实现呢？答：基于有效媒质理论：【各向同性、均匀热导率】不同工作温度！模拟：开关热隐身开开关关基于解析理论：【各向异

3、性、梯度热导率】但，实际如何实现呢？答：基于有效媒质理论：【各向同性、均匀热导率】模拟：宏观热二极管模拟：宏观热二极管(a)(b)(演示)实验：宏观热二极管关闭导通示意图实物(演示)实验：宏观热二极管我们这样设计（演示）实验的两个用意：直接实现 宏观热二极管间接实现 开关热隐身ABS. Narayana and Y. Sato, Phys. Rev. Lett. 108, 214303 (2012)0.36mm0.38mma=0.8 cmb=2.7cm(演示)实验：宏观热二极管小结：进展一发展理论【解析理论】: 非线性(温度依赖)变换热学理论开展模拟【基于解析理论和有效媒质理论】：开关热隐身、

4、宏观热二极管进行实验【基于有效媒质理论】：开关热隐身（间接实现）、宏观热二极管（直接实现）科学意义：“非线性变换热学理论”不仅可以用作热流控制新方法，而且可推广到其他领域，如：静电、静磁、电磁波、声波；“开关热隐身”可用于智能热保护、智能迷惑红外探测、智能保温；“宏观热二极管”可用于节能（例如：与电子计算机杂化，利用废热进行计算）、保温、散热封面文章进展一：温度依赖变换热学理论：开关热隐身与宏观热二极管进展二：温度捕获理论：环境温差中零能耗保温内容：两个进展环境温差非常普遍 月球：向阳面 +127 0C vs 背阳面 -183 0C 人造卫星、航天器、地面建筑、 （环境温差中的）零能耗保温？ 研究动机：最初出发点理论：温度捕获理论小大高 (低) T 良导体 (绝缘体)高 (低) T 绝缘体 (良导体)Fourier定律连续性方程模拟：零能耗保温实验：零能耗保温实验：零能耗保温应用：新型热隐身（有限元模拟）小结：进展二发展理论【解析理论】: 温度捕获理论开展模拟【基于解析理论】: （环境温差中）零能耗保温进行实验【基于解析理