來源：Physics Reports

原文：https://doi.org/10.1016/j.physrep.2024.05.004

01 背景介紹

靜態(tài)和動態(tài)超材料具有操縱不同物理場的能力而被廣泛研究和應用于多個領域。熱傳遞方程包含非線性項，遵守質(zhì)量、動量和能量守恒，因而在不同的傳遞模式下，可以展現(xiàn)橢圓型、拋物線型、雙曲型和混合型。這類多模式傳遞特性使得熱超材料在靜態(tài)和動態(tài)操縱機制上區(qū)別于其他超材料。采用變換理論和其他方法來調(diào)制靜態(tài)熱超材料的輻射特性，推動了熱隱身器、熱集中器、熱二極管等的發(fā)展。不同于靜態(tài)情況下，近年來熱傳遞操縱已擴展到動態(tài)系統(tǒng)。在超材料設計中引入流體動力學導致了諸多新穎的物理效應，如動態(tài)隱身、零阻力特性、拓撲熱傳遞、非互易擴散和非厄米物理。此外，動態(tài)熱超材料允許在時間和空間維度上進行精確控制，引發(fā)了可調(diào)節(jié)、可重構和智能熱超器件等的應用。然而，很少有研究從靜態(tài)和動態(tài)操縱的角度系統(tǒng)分析熱超材料。

02 成果掠影

近日，鄭州大學范春珍教授與華東理工大學王斌講師以及上海第二工業(yè)大學王駿副教授團隊在熱學超材料領域，首次從動態(tài)和靜態(tài)的視角，對包括傳導、對流、輻射在內(nèi)的多模調(diào)控理論進行了系統(tǒng)回顧，并對其中蘊含的拓撲、非互易和非厄米等新奇物理效應以及未來的發(fā)展趨勢進行了分析和展望。研究成果以“Thermal metamaterials: From static to dynamic heat manipulation”為題發(fā)表在《Physics Reports》。

03 圖文導讀

圖1 從動態(tài)和靜態(tài)的角度描述熱超材料的框架圖。它們包含了操縱熱傳導、對流、輻射或其耦合效應的能力，從而導致一些新現(xiàn)象，如隱形、輻射冷卻、阻力減少、拓撲擴散、手性輸運和非厄米特效應，這些現(xiàn)象在各個領域都有潛在的應用。

圖2 (a)熱斗篷的示意圖。熱流圍繞內(nèi)部區(qū)域流動，說明了它如何保護內(nèi)部區(qū)域免受熱流的影響。(b)用熱散射理論實現(xiàn)了熱斗篷。

圖3 活性熱斗篷。(a)表示背景的溫度分布。(b)嵌在沒有矩形金屬板中的圓形氣孔。

圖4 雙功能熱濃縮器。(a)扇形雙功能選礦器由ABS和氧化鋁組成。(b)表示幾何參數(shù)，(c)為制作樣品的照片。

圖5 熱變壓器由4×4個旋轉(zhuǎn)方塊組成，(a)、(b)、(c)的旋轉(zhuǎn)角度分別為0°、45°和90°。

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