论文标题： Reconfigurable Three-Dimensional Thermal Dome

期刊：Engineering

作者：Yuhong Zhou, Fubao Yang, Liujun Xu, Pengfei Zhuang, Dong Wang, Xiaoping Ouyang, Ying Li, Jiping Huang

发表时间： August 2024

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.07.021

微信链接：点击此处阅读微信文章

热超构材料的出现颠覆了热流控制的传统范式。借助精妙设计的人工微结构，科研人员得以对热流的路径与强度实施精准调控，由此催生出了一系列前沿设备，其中热隐身设备尤为引人瞩目。这类装置能够巧妙地引导热流绕开目标物体，再将其引导回原始路径，从而使得目标物体在外部观测者的眼中仿佛实现了热“隐形”。然而，传统的热隐身技术在实践应用中却遭遇了重重挑战。其常规设计所采用的全封闭结构极大地限制了其工程适用性，特别是在隐藏发热物体时，热量被牢牢困于装置内部，极易导致过热现象，进而引发功能失效的严重后果。

复旦大学的研究团队近期推出了一款革命性的热隐身装置——热穹。该研究不仅详细展示了热穹的设计方法，还充分凸显了其卓越的功能特性。与依赖全封闭结构的传统热隐身装置截然不同，热穹采用了开创性的开放结构，使得热源产生的热量能够安全地从一端顺畅散出，同时依然能够保持出色的隐身效果。这一设计不仅首次成功实现了对发热物体的热隐身，更是设计思路上的重大改变。此外，热穹的模块化设计也为用户提供了极大的便利。用户可以根据实际环境需求，轻松添加或移除层数，其“乐高式”的灵活结构使得调整变得迅速而简单，从而能够轻松应对多种应用场景。这些显著优势使得热穹与工程及实际应用环境实现了高度契合，极大地推动了热隐身技术向实用化迈进的步伐。

图. 热穹的特性与应用展示。(a) 应用场景示意图：热穹能够有效保护目标物体，使其免受红外探测的干扰。(b) 可重构性优势：热穹具备独特的可重构设计，使其能够灵活适应各种变化的环境条件，满足多样化的隐身需求。(c) 开放结构便利性：热穹采用开放的结构设计，在实际应用中带来了极大的便利。例如，如图所示，用户可以轻松更换受保护的目标物体，无需复杂的拆卸和重装过程。(d) 发热物体隐身能力：热穹的一大创新之处在于，即使目标物体产生热量，它仍然能够保持有效的隐身效果。这一特性极大地扩展了热穹的应用范围，使其能够适用于更多具有挑战性的隐身场景。

为了全面评估热穹的性能表现，研究团队运用了商业软件COMSOL进行了深入的有限元模拟分析，并辅以严谨的实验验证。模拟结果显示，热穹在三维空间内能够高效隐藏发热物体，同时确保周围温度场的稳定性得以维持。相比之下，传统的双层热隐身衣在应对热源时显得力不从心，导致隐身区域的温度显著攀升。与那些通常仅能在特定条件下发挥作用的传统隐身设备不同，热穹在动态环境中同样展现出了令人瞩目的稳定性能。实验结果进一步强化了这一发现，证明热穹能够在多种复杂背景下保持有效的隐身效果，仅需对模块层进行细微调整，即可轻松适应不同的环境条件。

总而言之，热穹装置成功突破了传统热隐身设计的束缚，通过巧妙地将热流直接引导至等温面，实现了前所未有的热隐身效果。在实际应用中，这个等温面可以被设置为散热端。例如，在芯片冷却领域，热穹能够将来自活跃元件的热量引导至指定的散热点，绕开温度敏感区域，从而有力保护关键部件免受热干扰的侵扰。此外，像地球这样庞大的热库也可以被近似地视为等温面，为地下掩体的红外隐身提供了一种极具实用价值的解决方案，这在国防安全应用领域无疑具有深远的战略意义。更进一步地，热穹还可以作为一种创新性的热扰动转移装置，将关键区域的热量巧妙转移至不敏感区域，从而在特定位置轻松实现热隐身效果，展现出广泛的应用前景。

自该团队于2023年（https://arxiv.org/abs/2309.04745v1）首次提出热穹的概念以来，这一创新技术便迅速吸引了广泛的关注与热议。近期，哈尔滨工业大学的研究者更是将神经网络的前沿理念巧妙融入热穹的优化设计中（DOI：10.1109/ICIPCA61593.2024.10708781），为其赋予了更加智能化的特性，极大地丰富了这一器件的内涵与应用潜力。

文章信息：

Reconfigurable Three-Dimensional Thermal Dome

作者：

Yuhong Zhou, Fubao Yang, Liujun Xu, Pengfei Zhuang, Dong Wang, Xiaoping Ouyang, Ying Li, Jiping Huang

引用：

Yuhong Zhou, Fubao Yang, Liujun Xu, Pengfei Zhuang, Dong Wang, Xiaoping Ouyang, Ying Li, Jiping Huang, Reconfigurable Three-Dimensional Thermal Dome, Engineering, 2024, https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.07.021.

Open access

开放获取全文

https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.07.021

推荐阅读

厉害了！北工大团队研发钨岛型高性能W-Cu不互溶双金属复合材料

通往下一代多相催化剂——机器学习助力表面反应性预测

Engineering大讲堂：生成式人工智能模型协同与进化成功举办

南京水科院水文模型新进展：机器学习算法在无测站径流模拟中的应用

任洪强院士团队：从颠覆创新视角看环境工程技术的未来