[发明专利]一种基于多层二维拓扑材料的可调控三维热隐身斗篷

说明书

本发明提供一种基于多层二维拓扑材料的可调控三维热隐身斗篷。该可调控三维热隐身斗篷通过二维拓扑材料组成的表面覆盖壳层实现。其中，表面覆盖壳层为多个二维拓扑材料环层自下而上叠加构成，通过控制不同环层中二维拓扑材料的晶化程度，可以使每层对应不同的热导率系数，获得热隐身所需的三维热导率分布，进而使热流绕过斗篷区域后，温度场恢复原来的分布，实现热隐身功能。同时，通过循环控制每个环层中二维拓扑材料的晶化‑反晶化过程，实现热隐身斗篷的实时开/关性能，从而克服了热隐身斗篷不能循环开关的缺点。

技术领域

本发明涉及一种基于多层二维拓扑材料的可调控三维热隐身斗篷的实现方法和装置，可应用于热流控制领域。

背景技术

2006年，文献1：“J.B.Pendry et al,SCIENCE,2006(312):1780”首次提出利用异向介质能够操控光波的传播方向，实现光学隐身衣概念，引起了人们的广泛关注，成为光学领域的研究热点。与此同时，作为光学隐身衣应用的一个拓展领域，即通过人工结构操控热流方向，实现热学隐身也快速成为热力学领域的一个热点问题。2013年，文献2：“R.Schittny et al,Phys.Rev.Lett.2013(110):195901”采用铜和聚二甲硅氧烷制作了二维圆形热斗篷,实验验证了隐身效果。2013年，文献3：“T.Z.Yang et al,J.Phys.D:Appl.Phys.2013(46):305102”推导出具有共形任意横截面形状的热斗篷变换媒质热导率表达式,并仿真分析了其热传导特性。2014年，文献4：“F.C.Mao et al,ActaPhys.Sin.2014(63):014401”对任意横截面柱形热斗篷进行了研究和分析,导出了二维非共形任意形状热斗篷的热导率表达式。但是，目前热学隐身结构的设计，大多基于二维平面结构模型仿真和实验测试，三维热学隐身斗篷则鲜有报道。

另外，目前的热学隐身斗篷还不具备可调谐的功能(即热隐身的开/关功能)，换句话说热学隐身斗篷的结构一旦确定以后其隐身性能将会一直存在是不能改变的，其主要原因是缺乏热导率可以被主动实时调控的天然材料，这直接制约着热学隐身技术的进一步发展。因此需要设计一种简单实用的方法对热学隐身斗篷的热隐身功能进行调谐，他将对热学隐身斗篷的实际应用具有非常重要的意义，大大推进其实用化进程。

二维拓扑材料具有结晶和非结晶两种状态，在外界光、热、电、磁或者应力的作用下，二维拓扑材料可以在结晶和非结晶两种状态间改变，而伴随着二维拓扑材料的状态改变，其热导率系数也会发生可逆性改变。

本发明提供一种基于多层二维拓扑材料的可调控热隐身斗篷。该三维可调控热隐身斗篷通过二维拓扑材料组成的表面覆盖壳层实现。其中，表面覆盖壳层为多个二维拓扑材料环层自下而上叠加构成，通过控制不同环层中二维拓扑材料的晶化程度，可以使每层对应不同的热导率系数，获得热隐身所需的三维热导率分布，进而使热流绕过斗篷区域后，温度场和等温线恢复原来的分布，实现热隐身功能。同时，通过循环控制每个环层中二维拓扑材料的晶化-反晶化过程，实现热隐身斗篷的实时开/关性能，从而克服了热隐身斗篷不能开关的缺点。本发明基于二维拓扑材料晶化-反晶化原理，可以有效节省能量，延长伪装时间；在实现上，采用电、光控开关等广泛使用的器件，显著降低了热隐身斗篷的复杂度和成本，实际应用潜力大。使用本发明技术，可以使热学隐身斗篷在大多数时间内处于关闭状态(即不隐身)，使对方探测到一些无效热学信息，而在需要的时候开启热隐身功能让对方探测不到其热学信号，有效隐藏各种重要信息，麻痹敌方，使我方行动具有突然性。该技术会使计算机芯片高效散热，从而提高计算机性能；实现热幻想，迷惑红外检测器；同时在航天器返回舱、卫星等设备中具有巨大应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有热学隐身斗篷大多基于二维平面结构、和热学隐身斗篷的热隐身功能不具备可调谐性(即不能开/关热隐身功能)的缺点，利用二维拓扑材料这一常见材料，提供一种实现可调控(可开/关)三维热学隐身斗篷的新技术，使得系统具备结构简单、速度快、便于操作、能耗小、实时性强和实现成本低等优点。