熱超材料進展2008-2018

1、熱超材料進展 2008-2018引言：釋題能源危機：能源（煤、石油、天然氣等） 熱能（熱流）宏觀熱調(diào)控變得異常重要！一種用于宏觀熱調(diào)控的材料：熱超(構(gòu))材料注：熱超(構(gòu))材料 thermal metamaterial匯報提綱何謂“熱超構(gòu)材料”？研究進展總結(jié)與展望匯報提綱何謂“熱超構(gòu)材料”？研究進展總結(jié)與展望2008年，我組參照變換光學(xué)理論，提出了變換熱學(xué)理論，預(yù)言了熱隱身 。用途：熱保護、迷惑紅外探測、保溫、散熱等。代表論文：C. Z. Fan, Y. Gao, and J. P. Huang, Appl. Phys. Lett. 92, 251907 (2008)提出熱隱身J. Y. Li,

2、 Y. Gao, and J. P. Huang, J. Appl. Phys. 108, 074504 (2010)提出熱電雙功能隱身Y. Gao, J. P. Huang, Y. M. Liu, L. Gao, K. W. Yu, and X. Zhang, Phys. Rev. Lett. 104, 034501 (2010) 有效媒質(zhì)理論J. P. Huang and K. W. Yu, Physics Reports 431, 87 (2006) 有效媒質(zhì)理論箭頭表示熱流線L1是熱隱身衣，它由非均勻梯度材料構(gòu)成L2是基底，其中的熱流線不受L1的影響，這就是熱隱身現(xiàn)象L1L2L0L0L

3、1L2從2008年我組提出“熱隱身”說起層狀梯度結(jié)構(gòu)熱隱身的實驗驗證雙層結(jié)構(gòu)超薄三維雙功能ABAB結(jié)構(gòu)德國科學(xué)院院士哈佛大學(xué)于是，產(chǎn)生了發(fā)展變換熱學(xué)理論、設(shè)計人工結(jié)構(gòu)控制新奇熱輸運的研究熱潮，已有很多論文陸續(xù)發(fā)表，其中至少有65篇論文把我們的論文放在變換熱學(xué)領(lǐng)域引文的首位引用、或明確點明我們是首創(chuàng)。(2017年6月)1、Science2、Nature3、Nature4、Science5、Nature Materials 黃吉平組, PRL 115, 195503 (2015) 6、PRL封面黃吉平組, PRL 117, 055501 (2016)7、焦點文章黃吉平組EPJB 90, 221 (

4、2017)HighlightJAP 122, 215107 (2017)Editors Pick8、其他首次用熱超構(gòu)材料來命名(),促成了變換熱學(xué)與熱超構(gòu)材料這個研究方向;我們的論文被列在首位,并給予評價:“創(chuàng)造性的理論概念”;“激動人心的新技術(shù)”;“史無前例的熱流控制”;“革命進展” Nature 503, 209 (2013)（麻省理工學(xué)院）何謂“熱超構(gòu)材料”？用于宏觀熱調(diào)控的材料物理性質(zhì): 熱電材料、熱釋電材料、磁熱材料、光熱轉(zhuǎn)換材料、等等幾何結(jié)構(gòu): 結(jié)構(gòu)材料、熱超構(gòu)材料（常規(guī)熱控） （新奇熱控）何謂“熱超構(gòu)材料”？檢索日期：2018.5.6Google中”熱超構(gòu)材料”的關(guān)注度39.3%

5、注：內(nèi)涵有顯著延伸匯報提綱何謂“熱超構(gòu)材料”？研究進展總結(jié)與展望研究進展 1. 變換熱學(xué)理論(1.11.6)2. Laplace方程(2.12.3)3. 能帶理論(3.1)4. 相變理論(4.14.2)5. 變換熱對流理論(5.15.2)6. 熱輻射理論(6.1)研究進展 1. 變換熱學(xué)理論(1.11.6)2. Laplace方程(2.12.3)3. 能帶理論(3.1)4. 相變理論(4.14.2)5. 變換熱對流理論(5.15.2)6. 熱輻射理論(6.1)1.1 熱隱身黃吉平組, APL 92, 251907 (2008) Chen et al., APL 93, 114103 (2008

6、)Guenneau et al., Opt. Express 20, 8207 (2012)Narayana et al., PRL 108, 214303 (2012)Schittny et al., PRL 110, 195901 (2013)黃吉平組, Int. J. Heat Mass Trans. 78, 1 (2014)黃吉平組, PRL 115, 195503 (2015) 黃吉平組, PRL 117, 055501 (2016)Ye and Cao, PCCP 18, 32952 (2016)納米 熱隱身智能熱隱身用途：欺騙探測熱保護智能溫控保溫實驗?zāi)M1.2 熱聚集Guenn

7、eau et al., Opt. Express 20, 8207 (2012)Narayana et al., PRL 108, 214303 (2012)Han et al., Energy Environ. Sci. 6, 3537 (2013)Kapadia et al., APL 105, 233903 (2014)Chen et al., JAP 117, 054904 (2015)Wang et al., Thermal Science 20, S651 (2016)黃吉平組, Phys. Lett. A 380, 1641 (2016)熱聚集智能熱聚集用途： 集熱模擬實驗?zāi)M1

8、.3 雙功能多場：熱隱身+電隱身單場：熱隱身+熱聚集多場：熱聚集+電隱身用途： 便于集成（）多場：熱聚集+電聚集實驗?zāi)M實驗黃吉平組, J. Appl. Phys. 108, 074504 (2010)Ma et al., PRL 113, 205501 (2014)Stedman et al., Sci. Rep. 7, 6988 (2017)熱電材料Moccia et al., PRX 4, 021025 (2014)Lan et al., Optics Express 23, 24475 (2015)黃吉平組, APL 109, 031907 (2016)Peng et al., PRX

9、 7, 011033 (2017)黃吉平組，J. Appl. Phys. 123, 115117 (2018)1.4 熱旋轉(zhuǎn)Narayana et al., PRL 108, 214303 (2012)Guenneau et al., Opt. Express 21, 6578 (2013)用途： 欺騙探測模擬實驗1.5 熱隱身、熱聚集與熱旋轉(zhuǎn)之應(yīng)用模擬實驗42.2oC34.6oC31.7oCDede et al., IEEE T. Compon. Pack. Man. 5, 1763 (2015)Dede et al., AIP Adv. 6, 055113 (2016)Dede et al

10、., Proc. ASME, Paper No. IPACK2017-74112 (2017)1.6 宏觀熱二極管黃吉平組, PRL 115, 195503 (2015)Loke et al., ACS Appl. Mater. Interfaces 8, 34530 (2016) 邏輯門用途：保溫散熱邏輯門模擬實驗研究進展 1. 變換熱學(xué)理論(1.11.6)2. Laplace方程(2.12.3)3. 能帶理論(3.1)4. 相變理論(4.14.2)5. 變換熱對流理論(5.15.2)6. 熱輻射理論(6.1)2.1 雙層熱隱身用途： 更便利獲得熱隱身Han et al., PRL 112,

11、 054302 (2014)Xu et al., PRL 112, 054301 (2014)Gomory et al., Science 335, 1466 (2012)實驗2.2 熱偽裝Han et al., Adv. Mater. 26, 1731 (2014)Yang et al., Adv. Mater. 27, 7752 (2015)Yang et al., APL 109, 121905 (2016)黃吉平組, EPJAP 70, 20901 (2015)黃吉平組，Int. J. Thermal Sciences (2018)用途： 偽裝基于雙層熱隱身實驗2.3 熱透明He et

12、 al., PRE 88, 033201 (2013); Zeng et al., APL 104, 201905 (2014)Argyropoulos et al., PRL 108, 263905 (2012)黃吉平組, APL 111, 121908 (2017); JAP 122, 215107 (2017); EPJB 90, 221 (2017); J. Heat Trans. (2018）用途： 消除熱應(yīng)力集中欺騙紅外探測模擬實驗研究進展 1. 變換熱學(xué)理論(1.11.6)2. Laplace方程(2.12.3)3. 能帶理論(3.1)4. 相變理論(4.14.2)5. 變換熱對

13、流理論(5.15.2)6. 熱輻射理論(6.1)3.1 熱晶體Maldovan, PRL 110, 025902 (2013)Maldovan, Nature 503, 209 (2013)Davis et al., PRL 112, 055505 (2014) Alonso-Redondo et al., Nature Commun. 6, 8309 (2015) Anufriev et al., Nature Commun. 8, 15505 (2017) 實驗：熱波導(dǎo)與聚焦Maire et al., Science Advances 3, e1700027 (2017) 實驗：熱聲子干涉

14、降低熱導(dǎo)率用途： 研究進展 1. 變換熱學(xué)理論(1.11.6)2. Laplace方程(2.12.3)3. 能帶理論(3.1)4. 相變理論(4.14.2)5. 變換熱對流理論(5.15.2)6. 熱輻射理論(6.1)4.1 環(huán)境溫差中零能耗保溫黃吉平組, PRL 117, 055501 (2016) 用途：節(jié)能模擬實驗4.2 熱網(wǎng)絡(luò)中反常熱傳導(dǎo)實驗?zāi)M黃吉平組，Int. J. Heat Mass Transfer 121, 321 (2018)用途：開關(guān)?鍵寬=80%節(jié)點邊長無鍵鍵寬=節(jié)點邊長研究進展 1. 變換熱學(xué)理論(1.11.6)2. Laplace方程(2.12.3)3. 能帶理論(

15、3.1)4. 相變理論(4.14.2)5. 變換熱對流理論(5.15.2)6. 熱輻射理論(6.1)5.1 熱對流隱身、聚集熱對流隱身熱對流聚集黃吉平組, Phys. Rev. E 97, 022129 (2018)Guenneau et al., AIP Adv. 5, 053404 (2015)用途： 欺騙探測、集能模擬5.2 熱對流偽裝黃吉平組, Phys. Rev. E 97, 022129 (2018)Guenneau et al., AIP Adv. 5, 053404 (2015)模擬用途： 欺騙探測研究進展 1. 變換熱學(xué)理論(1.11.6)2. Laplace方程(2.12.3)3. 能帶理論(3.1)4. 相變理論(4.14.2)5. 變換熱對流理論(5.15.2)6. 熱輻射理論(6.1)6.1 調(diào)控?zé)彷椛溆猛荆狠椛渲评?Raman et al., Nature 515, 540 (2014)Shi et al., Science 349, 298 (2015)Zhai et al., Science 355, 1062 (2017) 4.9K!實驗方法：多層結(jié)構(gòu)等紅外大氣窗口：8-13微米匯報提綱何謂“熱超構(gòu)材料”？研究進展總結(jié)與展望總結(jié)與展望總結(jié)：介紹了“熱超構(gòu)材料”