科学家们开发并测试了首个三维热隐身斗篷，这是一种可以将物体隐蔽于红外相机下，同时保护物体免受极端温度的设备。这一突破可能会导致新的方法来冷却微芯片，保护精密电子设备，并防止设备因其热特征而被探测到。该斗篷能够隐蔽形状多样的物体，无论热量来自哪个方向。早期的热斗篷仅限于二维或仅在热量朝特定方向传播时运作。新设计通过将热量绕过隐藏物体而不是简单地阻挡热量，克服了这些限制。因此，红外成像显示出一种温度模式，使物体看似不存在。该研究由伊利诺伊大学香槟分校的土木与环境工程教授Shelly Zhang，以及博士后研究员Weichen Li和研究生Yibo Wang进行，合作教授为丹麦技术大学的Ole Sigmund。他们的发现发表在《自然通讯》上。Zhang说：“真正的热斗篷应该无论热量来自何处都能有效工作。我们的设备可以在无数方向上隐蔽复杂的3D物体，同时保持内部温度稳定和受保护。” 一个新材料使3D热隐身成为可能 创建一个在三维中有效的热斗篷一直是一个长期挑战。以前的实验设备只能在平面表面或热流的一个方向上重定向热量，远未达到完全三维斗篷所需的功能。为克服这些限制，研究人员重新审视了变换热力学的基础原理，这是一个探索如何通过特别设计的材料来重定向热量的领域。他们聚焦于一个核心问题：“什么样的材料结构可以覆盖几乎所有完美斗篷所需的热特性？”解决方案是一个新型基于晶格的材料，其结构可以沿三个方向独立调整。这些变化使研究人员能够控制热量通过斗篷不同部分的效率。与以前的设计相比，该材料能够实现更广泛的热导率，接近理想热隐身所需的特性。重要的是，研究人员不仅依靠计算机模拟，而且构建了一个可工作设备。他们使用3D金属打印技术生产了复杂的铝晶格，为高效热传导提供了通道。然后，他们使用模具铸造填充剩余空间，填充一种导热性能较差的橡胶状材料。这些材料共同创造了一个可以精确控制热量运动的结构。红外相机测试确认斗篷的有效性 为了评估该设备，团队将其置于热和冷区域之间，建立了一个温度差，导致热量通过周围环境流动。他们用红外相机监测结果温度模式，以判断斗篷是否能够成功重定向热量绕过隐藏区域。实验表明，该设备能够引导热量绕过隐藏区域，同时保持周围的温度模式。对于红外相机来说，该区域的外观与没有物体存在时几乎相同。同时，斗篷内部的温度保持均匀，保护隐藏空间免受外部极端条件的影响。研究人员还测试了斗篷是否能够容纳异常复杂的物体。他们成功地隐藏了复杂的三维几何形状，包括类似人头的详细形状。根据团队的说法，早期的实验热斗篷未能展示出几何复杂性和隐身性能的可比组合。 电子和隐身技术的潜在应用 在多个行业中控制三维热量的能力可能具有重要意义。在电子行业，该技术可以帮助工程师将热量引导远离敏感组件，改善微芯片的热管理，并保护在苛刻条件下工作的设备。研究人员还看到安全和国防的潜在应用。未来版本的技术可能有助于将人或设备隐蔽于热探测系统之外，或保护贵重资产免受极端温度条件的影响。这些用途将建立在该设备证明能够重定向外部热量的基础上，同时保持保护区域的热稳定性。Zhang说：“任何需要精确控制热量或需要保护某物不被热探测到的领域都可以从这项工作中受益。”