【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】可編程電熱超材料為電、熱場的定制化協(xié)同調(diào)控提供了統(tǒng)一平臺(tái)，突破了傳統(tǒng)靜態(tài)設(shè)計(jì)的局限。然而，在材料性能固定或結(jié)構(gòu)受幾何約束的系統(tǒng)中，如何對(duì)本質(zhì)上相互耦合的電、熱雙場實(shí)現(xiàn)獨(dú)立調(diào)控，仍是一項(xiàng)核心挑戰(zhàn)。
 

　　近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院與工程科學(xué)學(xué)院的超材料聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，率先提出基于電熱晶格超材料(ETLM)的電熱雙場元器件，以創(chuàng)新設(shè)計(jì)破解電、熱場協(xié)同調(diào)控難題。相關(guān)研究成果以“Electrothermal Lattice Metamaterials for Concurrent Electric and Thermal Fields Control of Dual-Functional Meta-Devices”為題，11月3日發(fā)表于材料領(lǐng)域國際頂級(jí)期刊《Advanced Materials》。
 

圖.電熱晶格超材料(ETLM)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理示意圖
 

　　研究團(tuán)隊(duì)采用模塊化設(shè)計(jì)策略，通過高導(dǎo)熱/高導(dǎo)電橋?qū)蝹€(gè)晶格單元相互連接，確保相鄰單元之間的場梯度趨近于零，從而實(shí)現(xiàn)超材料內(nèi)部高效且無失真的能量傳輸。同時(shí)，晶格單元采用低高度造型，連接橋則設(shè)計(jì)為更高結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)定向傳導(dǎo)性能。借助這一統(tǒng)一的拓?fù)淇蚣?，僅需調(diào)整晶格單元的空間位置與幾何形態(tài)，即可實(shí)現(xiàn)電、熱場的協(xié)同塑形，完成場隱身、場聚集與場旋轉(zhuǎn)等多種功能，突破了傳統(tǒng)雙場超材料的靜態(tài)設(shè)計(jì)局限與調(diào)控耦合難題。這種基于幾何邏輯的超材料設(shè)計(jì)范式，為復(fù)雜多物理場環(huán)境下的智能能源管理、場響應(yīng)電子器件及可定制超器件的研發(fā)開辟了新路徑。
 

　　研究人員表示，未來若進(jìn)一步優(yōu)化晶格單元的設(shè)計(jì)與制備工藝，有望進(jìn)一步提升ETLM的調(diào)控精度與應(yīng)用范圍，推動(dòng)超材料在更多高端技術(shù)領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。該策略不僅為電熱調(diào)控技術(shù)提供了新的解決方案，也為多物理場超材料的發(fā)展提供了可復(fù)制的創(chuàng)新思路。
 

　　論文的第一作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)碩士生李佳昌、博士生曹先榮和本科生張子昂；通訊作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曹先榮博士、葉宏教授、何立群教授和趙剛教授。研究工作得到了中國科學(xué)院基礎(chǔ)與交叉前沿科研先導(dǎo)專項(xiàng)(B類先導(dǎo)專項(xiàng))、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目以及國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。