Bedre beherskelse af varmestrømmen fører til næste generations termiske kapper

Har du nogensinde hørt om usynlighedskappen? Den manipulerer, hvordan lys bevæger sig langs kappen for at skjule en genstand, der er placeret bag den. Tilsvarende den termiske kappe er designet til at skjule opvarmede genstande fra infrarøde detektorer uden at forvrænge temperaturen uden for kappen. Materialer til sådanne kapper vil skulle tilbyde nul termisk ledningsevne for at hjælpe med at camouflere varmen. Nu, Liujun Xu og kolleger fra Fudan University, Shanghai, Kina, har udforsket en ny mekanisme til at designe sådanne materialer. Disse resultater offentliggjort i EPJ B kunne have konsekvenser for at manipulere overførslen af ​​termisk energi som en måde at i sidste ende reducere varmespild fra fossile brændstoffer og hjælpe med at afbøde energikriser.

I dette arbejde, for første gang verificerer forfatterne eksperimentelt, at den indre sammensætning af materialer, som præsenterer en uensartet periodisk struktur, kan udvise kvasi-ensartet varmeledning. For at gøre det, de bruger et infrarødt kamera til at detektere varme i eksperimentelle prøver placeret mellem et varmt og koldt bad. Disse resultater bekræfter deres egne ligninger, der forudsiger det periodiske materiales termiske ledningsevne.

For at opnå den ønskede termiske illusion, de er afhængige af kvasi-ensartet varmeledning. I stedet for at skabe en omnidirektionel illusion, viser objekter med samme temperatursignatur uanset iagttagelsesvinklen, forfatterne introducerer det, de omtaler som Janus termiske illusion. Den har en genstand, hvis varme ikke kan detekteres fra én retning, danner således en usynlig illusion. Derimod den har en anden varmesignatur end dens faktiske signatur langs den lodrette akse, dermed danne en anden type illusion, som er synlig, men ikke viser virkeligheden.

For at fjerne indflydelsen af ​​termisk konvektion og stråling fra deres eksperimentelle resultater, forfatterne udfører også simuleringer. Disse hjælper igen med at udvikle konceptet 'illusion termiske dioder', som nærmer sig termisk illusion som en ekstra grad af frihed til varmestyring. Ultimativt, disse dioder kunne anvendes i områder, der kræver både termisk camouflage og termisk ensretning.