Scienty

Фото: img.freepik.com

Исследователи добились значительного прогресса в области управления тепловыми потоками, представив технологию активного теплового «суперрассеивания». Данный подход позволяет небольшому объекту формировать тепловую «тень» или сигнатуру, в девять раз большую, чем его реальные габариты, что создает возможности для тепловой маскировки и более эффективного управления энергией.

Управление теплом всегда представляло собой более сложную задачу, чем манипуляции со светом или звуком. Тепло распространяется посредством диффузии, а не волнами, и этот процесс отличается медлительностью и отсутствием четкой структуры. В результате создание небольших устройств для эффективного воздействия на тепловые поля было затруднено, и решения ограничивались использованием массивной изоляции или крупногабаритных пассивных конструкций.

Ученые преодолели принципиальное препятствие, отказавшись от поиска пассивных материалов с нереальными свойствами. Предыдущие математические расчеты, направленные на существенное повышение теплового воздействия на объект, предполагали создание оболочки с отрицательной теплопроводностью, что невозможно с точки зрения термодинамических законов. Вместо этого исследователи применили активную термо-метаповерхность.

Основной принцип метода – создание зоны вокруг объекта с использованием кольца из управляемых термоэлектрических модулей. Эти модули, функционирующие как распределённые микроскопические тепловые насосы, активно подают и удаляют тепло вдоль точно определённой границы, следуя заданному алгоритму. Благодаря этому, внешнее тепловое поле вынуждено обходить небольшой объект, подобно тому, как оно обошло бы препятствие значительно большего размера. Использование электрического питания для модулей делает систему зависимой от электроэнергии, но при этом физически осуществимой.

Практическая реализация экспериментальной установки позволила убедительно продемонстрировать справедливость теории. На медном листе, расположенном между двумя термостатами, поддерживался стабильный перепад температур. Небольшой теплоизолирующий диск диаметром 10 мм находился в центре конструкции и был окружен активным кольцом, состоящим из десяти модулей, на расстоянии 30 мм. После запуска системы инфракрасная камера зарегистрировала температурное распределение, которое практически не отличалось от того, что создавал бы теплоизолирующий диск диаметром 90 мм. По мнению авторов исследования, это свидетельствует о девятикратном увеличении интенсивности теплового излучения.

Эта разработка прокладывает путь к созданию устройств тепловой маскировки, которые позволяют скрывать объекты от инфракрасных датчиков, имитируя объекты иного размера или формы. Помимо этого, технология может быть использована в области управления тепловыми процессами в микроэлектронике и для повышения энергоэффективности. В дальнейшем ученые намерены сосредоточиться на улучшении показателей системы и адаптации метода для работы с более сложными формами.

Исследование в научном журнале Advanced Science.