该装置通过操控热力学来欺骗红外传感器,且可从任意方向发挥作用。
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研究人员开发出首个三维全向热“隐身”斗篷,能够从任何方向让物体在红外相机下遁形。
以往的设计只能在二维或单一角度下工作,与之相比,这种新装置会引导热量绕过物体,而非仅仅阻挡热量,使其“看起来仿佛那里空无一物”。
“一个真正的热隐身斗篷,不论热量来自哪个方向都应有效。我们的装置能在无限多个方向上隐藏复杂的三维物体,同时保持内部温度稳定并受到保护。”伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校土木与环境工程教授 Shelly Zhang 说道。
热信号终结者?
通常情况下,士兵、无人机或过热的微芯片等物体会发出明显的热信号,使其在黑暗中极易被探测到。然而,这种创新材料通过改变热量发射和探测的方式,从红外屏幕上彻底抹除了热信号。
为了解决这个困扰材料科学家多年的难题,团队回归到热传递的基础数学原理。市面上的标准材料并不胜任,斗篷需要一种全新的结构。最终成果是一个复杂的三维打印网格框架,形似高科技蜂巢。
这一混合装置已通过物理制造并成功测试,它采用三维打印的铝制网格以实现高导热性,并借助模具浇铸填充了一种低导热性的类橡胶材料。
对网格尺寸进行三维调整,就能精确调节局部的导热能力。当热量触及斗篷时,它不会穿透到内部物体上,而是像溪流中的水流绕过光滑石头那样,沿着外壳滑过,并在另一侧平滑汇合。
对于观测此装置的红外相机而言,热学图景看起来完全未受干扰。物体从视野中消失了。
一旦环境改变或观察角度变化,旧有技术便会失效,而这项创新能在复杂表面和动态环境中始终保持其幻象。
广泛用途
测试中,这种材料被置于极端温度梯度下,并使用红外相机追踪热流。
在外界观察者看来,温度场显得完全正常,仿佛隐藏的物体根本不存在。而隐身区域内部则保持在安全、均匀的温度下,免受外界极端条件影响。
为了挑战极限,研究人员甚至成功隐藏了极不规则的几何形状,包括一个精细的人类头部三维模型。
未来的应用场景十分广泛。在消费电子领域,这种斗篷可以改变我们在不断缩小的微芯片内部管理热量的方式,将破坏性热点完美地引导离开脆弱的电子元件。在国防领域,其军事价值显而易见。坦克、无人机和作战人员有望在敌对区域行动时,完全避开热追踪传感器或空中热监视。
“任何需要精确控制热量,或需要保护某物免受热探测的领域,都能从这项工作中获益,”Zhang 表示,“但我们看得更广:它还关乎隐藏和保护由热量携带的信息。”
他们下一步的目标是打造“智能”斗篷。团队希望制造出能够感知物体自身产生内部热量,并按需动态耗散这些能量的材料。
这项工作是一项国际合作成果,与丹麦技术大学(DTU)共同开发。
研究成果已发表于《自然·通讯》期刊。
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