前沿科技之首款隱熱斗篷問世

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有一種新方法可創(chuàng)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(xié)會（OSA：Optical Society）的開放期刊《光學快遞》（Optics Express）上，發(fā)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。
  u/ i. H; ^8 s4 P2 E* p1 Z* w 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。
4 e; M  Q  Q/ j% V 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，”
  s. D6 p+ e+ p( V 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(qū)別。他解釋說，到現(xiàn)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(qū)別是，所涉及的物理現(xiàn)象是擴散，而不是波的傳播。
“熱不是波，它只是從熱的區(qū)域擴散到冷的區(qū)域，”古恩耐說。“起作用的數(shù)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。”
2 y$ @, l2 `! ?* F7 r& _ 為了創(chuàng)造他們自己的熱隱形斗篷，古恩耐和他的同事們應用數(shù)學，計算變換光學的熱擴散方程，發(fā)現(xiàn)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(qū)域，表現(xiàn)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(qū)域，到達恰當?shù)臒嵩矗@樣，放在這一區(qū)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(qū)域，這一區(qū)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。
: @6 X- S0 y" t: i 能夠使一個區(qū)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(yè)面臨的一個最大的挑戰(zhàn)，在這一領域，熱隱形可以發(fā)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(yè)會發(fā)現(xiàn)很有意義。
古恩耐和他的同事們現(xiàn)在正在研究，開發(fā)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。