為物體披上熱力學“隱身衣”_風聞
Science_北京-不惧过往,不畏将来!2021-05-14 09:31

研究人員報告了一種基於熱力學原理的隱身方法。即使在温度隨時間變化的情況下,該方法也可以對傳熱進行微調。
研究人員施展熱力學魔術,讓物體在熱成像攝像機前“消失”了。
你能感覺到熱量嗎?對於測量紅外輻射的熱成像相機而言,熱量是可見的。eurekalert.org網站當地時間5月11日報道,由美國猶他大學研究人員Fernando Guevara Vasquez和Trent DeGiovanni領導的國際小組在《英國皇家學會學報A輯》中發表論文,闡述了一種基於熱力學原理的隱身方法。它既不需要Romulan隱身裝置,也不需要哈利·波特的隱身衣。研究人員表示,即使在温度不斷變化的情況下,該方法也可以對傳熱進行精細調控。熱力學“隱身衣”的潛在應用場景包括:隔離電路中產生熱量的部分(如電源),以防止它干擾熱敏設備(如熱敏攝像機);精確控制材料的冷卻時間和温度,使其以特定方式結晶。
隱身設備一直是科幻小説的熱門元素。近年來,科學家們找到了多種將科幻情節變為現實的方法(例如:利用超材料使光線發生偏折,使物體進入隱身態)。正如人類眼睛能夠看到發光或反光的物體,熱成像相機也能發現產生或反射紅外輻射的物體。翻譯成數學術語:如果一個物體周圍有熱源,它就能夠像不存在的物體一樣模擬熱量傳遞,那麼這個物體對熱成像攝像機來説就是不可見的。
新方法的新奇之處在於,Vasquez等人使用簡單的熱泵完成了物體的隱形化。冰箱是最簡單的家用熱泵例子之一:為了冷卻食品,冰箱將熱量從內部泵輸送到外部。Vasquez認為,使用熱泵比應用複雜的隱身材料更靈活。舉例而言,研究人員能夠讓一個物體看起來像是另一個物體。Vasquez説:“從熱測量角度來看,我們能讓蘋果看起來像是橘子。”
通過完成必要的數學工作,研究人員證實,藉助物體周圍的熱泵環,我們可以隱藏物體熱量或模擬另一種物體的熱量特徵。Vasquez表示,這項研究仍然是理論性的,模擬假設了一個能在物體周圍反射或偏折微量熱量的探測點熱源。其缺點在於,探測點熱源的温度必須是已知的。不過,這種熱力學隱身術在目前的技術範圍內具備可實現性——我們可以使用小型熱泵Peltier元件,在金屬-金屬界面處傳遞熱量。
由於熱傳遞及擴散與藥物傳遞及擴散的數學原理非常相似,熱力學隱身技術有望在藥物傳遞領域大展拳腳。此外,光在霧等漫反射介質中表現出的數學原理,也有應用於視覺隱形的潛力。
(部分圖片來源於網絡)
◎編譯 | 德克斯特
◎審稿 | 西莫
◎責編 | 陳之涵
◎期刊來源 | 《英國皇家學會學報A輯》
◎期刊編號| 1364-5021
◎原文鏈接:
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-05/uou-htt051121.php
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