新型超材料實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)熱場(chǎng)同時(shí)“聽(tīng)指揮”
文章來(lái)源：新能源網(wǎng) 更新時(shí)間：2025-11-20 15:47:56
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科技日?qǐng)?bào)訊 （記者吳長(zhǎng)鋒）記者11月10日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校超材料研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出了一種電熱晶格超材料，并首次通過(guò)單一結(jié)構(gòu)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電場(chǎng)和熱場(chǎng)的協(xié)同與獨(dú)立編程調(diào)控，破解了多物理場(chǎng)耦合調(diào)控的核心難題。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于國(guó)際期刊《先進(jìn)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(shí)對(duì)電場(chǎng)和熱場(chǎng)進(jìn)行精確調(diào)控。然而，由于兩種物理場(chǎng)本質(zhì)上相互耦合，以及傳統(tǒng)材料性能固定、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靜態(tài)化，實(shí)現(xiàn)二者的獨(dú)立、協(xié)同調(diào)控一直面臨巨大挑戰(zhàn)。 針對(duì)這一瓶頸，由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授趙剛、何立群、葉宏等組成的超材料研究團(tuán)隊(duì)從結(jié)構(gòu)幾何入手，獨(dú)辟蹊徑地提出了電熱晶格超材料的設(shè)計(jì)新范式。研究團(tuán)隊(duì)采用模塊化設(shè)計(jì)策略，將超材料構(gòu)建為由大量相同晶格單元通過(guò)高導(dǎo)熱/高導(dǎo)電“橋梁”連接而成的晶格網(wǎng)絡(luò)。借助這一統(tǒng)一的拓?fù)淇蚣埽瑑H需調(diào)整晶格單元的空間位置與幾何形態(tài)，即可實(shí)現(xiàn)電、熱場(chǎng)的協(xié)同塑形，突破了傳統(tǒng)雙場(chǎng)超材料的靜態(tài)設(shè)計(jì)局限與調(diào)控耦合難題。 “這類似于用樂(lè)高積木搭建復(fù)雜結(jié)構(gòu)。”論文通訊作者趙剛解釋，“通過(guò)精巧的幾何設(shè)計(jì)，讓連接‘橋’的截面遠(yuǎn)大于單元本身，確保了能量在傳輸時(shí)高效且不失真。最關(guān)鍵的是，在這個(gè)統(tǒng)一的‘骨架’上，我們無(wú)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(chǎng)和熱場(chǎng)‘聽(tīng)指揮’，實(shí)現(xiàn)多種功能。” 研究團(tuán)隊(duì)基于這一創(chuàng)新架構(gòu)在同一個(gè)超材料器件上成功演示了電場(chǎng)與熱場(chǎng)的多種功能。“這意味著，這種超材料能引導(dǎo)場(chǎng)線繞過(guò)某個(gè)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)‘隱身’，也能將場(chǎng)能量聚焦于一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)聚集，還能改變場(chǎng)的傳播方向?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)。”趙剛說(shuō)，研究團(tuán)隊(duì)還制備了心形、五角星等多種復(fù)雜形狀的場(chǎng)調(diào)控器件，展現(xiàn)了其強(qiáng)大的按需定制能力。 趙剛表示，這項(xiàng)研究首次實(shí)現(xiàn)電、熱耦合場(chǎng)的可編程解耦調(diào)控，打破了“材料屬性決定場(chǎng)調(diào)控能力”的傳統(tǒng)認(rèn)知，為復(fù)雜多物理場(chǎng)環(huán)境下的器件開(kāi)發(fā)提供了核心技術(shù)支撐。 作者：吳長(zhǎng)鋒 來(lái)源：《科技日?qǐng)?bào)》第06版：前沿 發(fā)布時(shí)間：2025-11-13
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