[发明专利]一种具有高鲁棒性的热梯度定向收集器件

说明书

本发明公开了一种具有高鲁棒性的热梯度收集器件，其包括若干个导热系数和密度不相同的环状结构和每两个相邻环之间的导热系数不同的界面介质。该器件将非对称耦合单元按照周期排布形成SSH模型耦合直链，然后将这种SSH模型耦合直链反向拼接，形成一个热梯度定向收集器。从该器件的任意方向任意位置输入热梯度，最终都会使热梯度局域到器件的特定局部位置，显示出高鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种具有高鲁棒性的热梯度定向收集器件，属于热功能器件领域。

背景技术

热学超材料近年来得到迅猛发展，在热隐身、热防护、热管理和热信息等方面都取得了很大进步，通过调控热能的传输与转换，控制热流，可以实现多种功能，在很多领域，例如热电，燃料电池，隔热涂层，太阳能电池等表现出巨大的应用前景，具备战略性重大突破的可能，但是热收集方面还存在技术难题，导致无法实现高效便捷的热能量收集和转化方式。

目前已有的热能收集器件还在使用多层复合材料方法，只能在厚的复合材料和平面结构中实现热通量的掩盖，集中和逆转，不光效率低下而且难以实际应用。目前还未有热梯度收集器件的技术，这导致无法在大的热梯度下实现高效热传导进行热能的收集和转化。因此，设计一种热梯度定向收集器件对于上述问题的解决是很有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高鲁棒性的热梯度定向收集器件，从而克服现有技术的全部或部分缺陷。

需注意的是，本发明所指的热梯度是指温度梯度，是描述温度在特定的区域环境内最迅速的变化会向何方向，以及是何种速率的物理量；在自然界中气温、水温或土壤温度随陆地高度或水域及土壤深度变化而出现的阶梯式递增或递减的现象。具有连续温度场的物体内，过任意一点P温度变化率最大的方向位于等温线的法线方向上，称过点P的最大温度变化率为温度梯度。本发明所指的高鲁棒性和定向是指不管从该器件的什么方向什么位置输入热梯度，最终都会使热梯度局域到器件的特定局部位置。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种具有高鲁棒性的热梯度定向收集器件，所述热梯度定向收集器件包括第一SSH模型耦合直链和第二SSH模型耦合直链；所述第一SSH模型耦合直链由N个非对称耦合单元周期性线性排列而成，所述第二SSH模型耦合直链由M个非对称耦合单元周期性线性排列而成；N和M均为大于等于1的整数；每个非对称耦合单元包含第一圆环结构、第二圆环结构和圆环形的界面介质层，所述界面介质层夹持于第一圆环结构和第二圆环结构之间，且相邻两个非对称耦合单元之间也夹持有一层圆环形的界面介质层；

两条SSH模型耦合直链以各自端部的第二圆环结构为拼接端按照镜像形式拼接，且拼接端的两个第二圆环结构之间也夹持有一层圆环形的中间界面介质层，使整个热梯度定向收集器件形成任意两个相邻圆环结构之间均夹持一层界面介质层的多层结构；整个热梯度定向收集器件中的所有圆环结构和界面介质层同轴布置，所有圆环结构和界面介质层的材料比热容相同且横截面的形状和尺寸也相同，所有圆环结构的厚度相同，所有界面介质层的厚度相同；

在整个热梯度定向收集器件中，位于所述中间界面介质层两侧的两个第二圆环结构的密度为ρ，所述中间界面介质层的导热系数为κ，则其余圆环结构的密度和界面介质层的导热系数满足：

位于所述中间界面介质层任意一侧的任意第i个非对称耦合单元中，第二圆环结构的密度为第一圆环结构的密度为位于所述中间界面介质层任意一侧的任意第j层界面介质层的导热系数为α为小于1但大于0的系数；

整个热梯度定向收集器件中所有界面介质层的密度均与含有非对称耦合单元较多的一条SSH模型耦合直链端部的第一圆环结构的密度相同。