[发明专利]一种热电双场双功能器件及设计方法

说明书

本发明涉及一种热电双场双功能器件及设计方法，器件包括由内至外包裹的核心区、第一层壳、第二层壳，核心区为用于实现器件在某一背景基质中的热场和电场下的多重功能，包括热场和电场下均进行精准探测、热场和电场下均进行隐身、热场下精准探测而电场下隐身、热场下隐身而电场下精准探测，精准探测是指核心区的温度和电势分布和背景基质中的温度和电势分布完全相同，且背景基质中的温度和电势分布不受功能器件的存在而引起扰动，隐身功能是指核心区的温度和电势分布为定值，温度和电势梯度趋近于零，且背景基质中的温度和电势分布不受功能器件的存在而引起扰动。与现有技术相比，本发明可以同时实现热电双场下的多种功能，且器件设计的灵活性强。

技术领域

本发明涉及超材料技术领域，尤其是涉及一种热电双场双功能器件及设计方法。

背景技术

超材料是一种特殊的材料结构设计思想，能够实现一些普通材料所不具备的功能，例如：隐身功能，聚集功能，幻象功能，探测功能等等。因此，他们被广泛的应用，用以控制电磁场，声场，热场，光场等物理场。

目前由超材料实现的各种功能器件大多只能实现单一的控制功能，缺乏对双功能器件的设计与实现。此外，已有的探测器无法精准呈现背景基质中的物理场，且多数只适用于单个物理场，缺乏对多物理场的响应。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种热电双场双功能器件及设计方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种热电双场双功能器件，其特征在于，包括由内至外包裹设计的核心区、第一层壳、第二层壳，所述的核心区为用于实现器件在某一背景基质中的热场和电场下的多重功能，包括热场和电场下均进行精准探测、热场和电场下均进行隐身、热场下精准探测而电场下隐身、热场下隐身而电场下精准探测，

所述的精准探测是指核心区的温度和电势分布和背景基质中的温度和电势分布完全相同，且背景基质中的温度和电势分布不受功能器件的存在而引起扰动，

所述的隐身功能是指核心区的温度和电势分布为定值，温度和电势梯度趋近于零，且背景基质中的温度和电势分布不受功能器件的存在而引起扰动。

优选地，所述的核心区、第一层壳、第二层壳和背景基质均分别为各向同性材料，热导率依次为κ₁、κ₂、κ₃、κ₄，电导率依次为σ₁、σ₂、σ₃、σ₄。

优选地，κ₁≠κ₂≠κ₃，σ₁≠σ₂≠σ₃，且κ₁＜κ₄，σ₁＜σ₄。

优选地，所述的核心区、第一层壳、第二层壳的几何中心重合。

一种所述的热电双场双功能器件的设计方法，该方法包括：

确定核心区、第一层壳、第二层壳的几何参数；

确定核心区和背景基质的材料参数；

利用中性夹杂原理，根据核心区、第一层壳、第二层壳的几何参数以及核心区和背景基质的材料参数求解第一层壳和第二层壳的材料参数。

优选地，当核心区需要实现精准探测，基于核心区、第一层壳和第二层壳的几何参数，以及核心区和背景基质的材料参数，求解第一层壳和第二层壳的热导率和电导率。

优选地，当核心区需要实现隐身功能时，第一层壳设置为绝缘材料，基于核心区、第一层壳和第二层壳的几何参数，以及核心区和背景基质的材料参数，求解第一层壳和第二层壳的热导率和电导率。