热伪装利用热通量的操纵来隐藏不同环境中的物体,使其不被热成像仪器检测到。近十年来,热超材料领域和三维打印技术得到了迅速发展,使得非侵入式热流控制成为可能。然而,当热超材料应用于热伪装时,其导电性依赖于背景材料的性质,导致背景完整性被破坏。此外,以前的热伪装方案大多在二维环境下工作,很大程度上限制了其功能角度和复杂环境下的应用场景。
2020年5月25日,课题组和新加坡国立大学Cheng-Wei Qiu教授在Adv. Func. Mater. 上发表了题为“3D Printed Meta-Helmet for Wide-Angle Thermal Camouflages”的研究成果。论文第一作者为彭玉桂博士,博士生曹培超和新加坡国立大学博士后研究员李鹰。研究者利用具有各向异性热导率的三维打印头盔实现广角辐射热伪装。该热伪装头盔基于三维坐标变换,直接将背景温度分布映射到材料表面,不破坏背景完整性。数值模拟和实验结果表明,该无创装置与背景介质具有相同的发射率,能够对各种复杂甚至未知的背景热场进行自我调节,是一种有效的广角热伪装装置。这项工作为基于三维变换热学的热学器件设计打开了一扇大门,使其在宏观物体的热红外隐身中具有多用途的实际应用。
a)三维元头盔的示意图,内嵌三维打印样品特写;b)红外摄相机观察三维辐射伪装结构的示意图,倾斜角度为θ;c) θ=0°时,位于背景介质中心的裸物体的模拟温度分布;d) θ=0°时有三维头盔装置遮挡下物体的模拟温度分布;e)和f)对应c)和d)在不同倾斜角度的x轴上温度曲线。
全文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202002061