【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】多物理場超材料作為面向多物理場精準(zhǔn)調(diào)控的核心人工結(jié)構(gòu)，可通過材料熱、電物性與幾何拓?fù)湓O(shè)計，同步規(guī)劃電流、電壓、熱流、溫度分布，是自適應(yīng)偽裝、高效能源傳輸、先進(jìn)微電子熱管理等領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)。然而，電子–聲子強(qiáng)相互作用、電壓場–電流場與溫度場–熱流場本征耦合，長期制約傳統(tǒng)設(shè)計僅能實現(xiàn)單一或雙功能，難以在統(tǒng)一架構(gòu)下完成多場解耦操控，成為多物理場超材料發(fā)展的核心瓶頸。
 

　　近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院趙剛教授、工程科學(xué)學(xué)院何立群副教授聯(lián)合浙江大學(xué)李鷹研究員領(lǐng)銜的超材料研究團(tuán)隊，提出基于場線引導(dǎo)坐標(biāo)變換的電熱四功能超材料(ETQFM)，相關(guān)研究成果以“Programmable Electrothermal Quad-Functional Metamaterials for Decoupled Multi-Field Control”為題，發(fā)表于材料領(lǐng)域國際知名期刊Advanced Materials。
 

　　研究團(tuán)隊創(chuàng)新采用場線引導(dǎo)坐標(biāo)變換設(shè)計策略，先沿電流、熱流線實施坐標(biāo)變換，精準(zhǔn)引導(dǎo)能量傳輸路徑；再沿等勢、等溫線二次坐標(biāo)變換，實現(xiàn)電場與熱場響應(yīng)的徹底解耦。通過統(tǒng)一拓?fù)淇蚣?，僅需調(diào)整幾何結(jié)構(gòu)與邊界條件，即可在單一器件內(nèi)同步實現(xiàn)電壓隱身、電流聚集、溫度隱身、熱流聚集等多種獨立功能，且可通過旋轉(zhuǎn)邊界條件實現(xiàn)功能切換，突破了傳統(tǒng)電熱超材料功能單一、場響應(yīng)強(qiáng)耦合的瓶頸。
 

　　研究人員表示，該成果首次在單一結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)電壓、電流、溫度、熱流四場獨立可編程操控，打破“材料屬性決定場調(diào)控能力”的傳統(tǒng)認(rèn)知，未來可進(jìn)一步拓展至聲波、彈性波等其他擴(kuò)散場與波動場調(diào)控，為跨尺度、多物理場智能器件提供通用設(shè)計框架。
 

　　論文共同第一作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士生曹先榮、碩士生劉宜新、副研究員張兵、本科生蘇洪達(dá)；通訊作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)趙剛教授、何立群副教授以及浙江大學(xué)李鷹研究員。本文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(B類先導(dǎo)專項)、國家自然科學(xué)基金以及中國科大學(xué)科交叉中心2025“璧合”交叉創(chuàng)新青年項目等資助。