新型超材料實現(xiàn)電場熱場同時“聽指揮”
文章來源：新能源網(wǎng) 更新時間：2025-11-13 16:38:01
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科技日報訊 （記者吳長鋒）記者11月10日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校超材料研究團隊創(chuàng)新性提出了一種電熱晶格超材料，并首次通過單一結(jié)構(gòu)平臺，實現(xiàn)對電場和熱場的協(xié)同與獨立編程調(diào)控，破解了多物理場耦合調(diào)控的核心難題。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于國際期刊《先進材料》。
在智能能源管理、高性能電子器件等眾多高端技術(shù)領(lǐng)域，往往需要同時對電場和熱場進行精確調(diào)控。然而，由于兩種物理場本質(zhì)上相互耦合，以及傳統(tǒng)材料性能固定、結(jié)構(gòu)設計靜態(tài)化，實現(xiàn)二者的獨立、協(xié)同調(diào)控一直面臨巨大挑戰(zhàn)。 針對這一瓶頸，由中國科學技術(shù)大學教授趙剛、何立群、葉宏等組成的超材料研究團隊從結(jié)構(gòu)幾何入手，獨辟蹊徑地提出了電熱晶格超材料的設計新范式。研究團隊采用模塊化設計策略，將超材料構(gòu)建為由大量相同晶格單元通過高導熱/高導電“橋梁”連接而成的晶格網(wǎng)絡。借助這一統(tǒng)一的拓撲框架，僅需調(diào)整晶格單元的空間位置與幾何形態(tài)，即可實現(xiàn)電、熱場的協(xié)同塑形，突破了傳統(tǒng)雙場超材料的靜態(tài)設計局限與調(diào)控耦合難題。 “這類似于用樂高積木搭建復雜結(jié)構(gòu)。”論文通訊作者趙剛解釋，“通過精巧的幾何設計，讓連接‘橋’的截面遠大于單元本身，確保了能量在傳輸時高效且不失真。最關(guān)鍵的是，在這個統(tǒng)一的‘骨架’上，我們無需改變材料本身，只需像下棋一樣重新排布這些單元的位置和形態(tài)，就能命令電場和熱場‘聽指揮’，實現(xiàn)多種功能。” 研究團隊基于這一創(chuàng)新架構(gòu)在同一個超材料器件上成功演示了電場與熱場的多種功能。“這意味著，這種超材料能引導場線繞過某個區(qū)域?qū)崿F(xiàn)‘隱身’，也能將場能量聚焦于一點實現(xiàn)聚集，還能改變場的傳播方向?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)。”趙剛說，研究團隊還制備了心形、五角星等多種復雜形狀的場調(diào)控器件，展現(xiàn)了其強大的按需定制能力。 趙剛表示，這項研究首次實現(xiàn)電、熱耦合場的可編程解耦調(diào)控，打破了“材料屬性決定場調(diào)控能力”的傳統(tǒng)認知，為復雜多物理場環(huán)境下的器件開發(fā)提供了核心技術(shù)支撐。 作者：吳長鋒 來源：《科技日報》第06版：前沿 發(fā)布時間：2025-11-13
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