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標題: 前沿科技之首款隱熱斗篷問世 [打印本頁]

作者: 掃街 時間: 2012-4-1 20:59
標題: 前沿科技之首款隱熱斗篷問世
有一種新方法可創造隱形斗篷，法國的一組研究人員提出，可使物體隔離熱源，或對熱源隱形，這實際上就是“隱熱斗篷”或“熱隱形”（thermal cloaking）。這種方法，研究人員已經介紹過，就在光學協會（OSA：Optical Society）的開放期刊《光學快遞》（Optics Express）上，發表于3月26日，題為《轉換熱力學：屏蔽和集中熱通量》（Transformation thermodynamics: cloaking and concentrating heat flux）。這種方法涉及到的原理與光學隱形相同，可能會帶來一些新的方法，控制熱電子，而且，從更大尺度上看，有朝一日也會用于航天器和太陽能技術。
最新研究的隱形斗篷，依靠的物理原理是變換光學（transformation optics），需要使用超材料，彎曲光線，這樣，光線傳播時，就會繞開一個空間，而不是穿過它。塞巴斯蒂安古恩耐（Sebastien Guenneau）既任職于埃克斯-馬賽大學（University of Aix-Marseille），也任職于法國國家科學研究中心（CRNS：Centre National de la Recherche Scientifique），他決定進行研究，與法國國家科學研究中心的同事一起，搞清楚類似的做法是否可用于熱擴散。
古恩耐說：“我們這項研究的主要目標是控制熱擴散途徑，采用的方法類似用于波動的方法，比如光波或聲波，需要采用變換光學的工具，”
雖然這項技術利用了相同的基本理論，就像最新研究的光學隱形一樣，但是，有一個關鍵的區別。他解釋說，到現在為止，隱形研究的中心一直是操縱波動軌跡（revolved around）。這些波動包括電磁波（光），壓力波（音），彈性動力波（地震），流體力學波（海洋）。他指出，他們研究熱，最大的區別是，所涉及的物理現象是擴散，而不是波的傳播。
“熱不是波，它只是從熱的區域擴散到冷的區域，”古恩耐說。“起作用的數學和物理學大不相同。例如，波可傳播很長距離，很少有衰減，而溫度通常只能短距離擴散。”
為了創造他們自己的熱隱形斗篷，古恩耐和他的同事們應用數學，計算變換光學的熱擴散方程，發現他們的想法能奏效。
采用他們的二維方法，熱量從熱物體流向涼的物體，而熱通量等級會穿過空間中的任何區域，表現為不同距離之間等溫線（以同心圓擴散）。然后，他們改變等溫線的幾何形狀，使它們繞過而不是穿過圓形區域，到達恰當的熱源，這樣，放在這一區域的任何物體，都可以屏蔽熱流。
“我們可以設計一個斗篷，使熱量擴散時繞開隱形區域，這一區域就可以受到保護，不受熱的損害。我們也可以迫使熱量集中在一個小體積內，這個空間隨后會升溫，非常迅速，”古恩耐說。
能夠使一個區域屏蔽熱量，或集中熱量，這是一種非常有用的性能，有廣泛的應用前景。例如，屏蔽納米電子和微電子器件，使它們免于過熱，這是電子和半導體行業面臨的一個最大的挑戰，在這一領域，熱隱形可以發揮巨大的作用。在更大的尺度上，在遙遠的未來，大型計算機和航天器也可大大受益。而從集中熱量的角度來看，這個特點太陽能產業會發現很有意義。
古恩耐和他的同事們現在正在研究，開發熱斗篷原型，用于微電子領域，他們預計，在未來幾個月內就可制成。

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