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      鄭州華晶金剛石股份有限公司

      最新研究成果:超材料的一種新的尺度定律

      關(guān)鍵詞 超材料 , 熱輻射|2020-05-07 08:59:00
      摘要 超材料(英文:Metamaterial),拉丁語前綴詞根“meta-”表示“超出、另類”等含義。指的是一類具有特殊性質(zhì)的人造材料,這些材料是自然界沒有的。它們擁有一些特別的性質(zhì),比...

      超材料(英文:Metamaterial), 拉丁語前綴詞根“meta-”表示“超出、另類”等含義。指的是一類具有特殊性質(zhì)的人造材料,這些材料是自然界沒有的。它們擁有一些特別的性質(zhì),比如讓光、電磁波改變它們的通常性質(zhì),而這樣的效果是傳統(tǒng)材料無法實現(xiàn)的。超材料的成分上沒有什么特別之處,它們的奇特性質(zhì)源于其精密的幾何結(jié)構(gòu)以及尺寸大小。其中的微結(jié)構(gòu),大小尺度小于其作用波長,因此得以對波施加影響。對于超材料的初步研究是負折射率超材料。

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      超材料的奇異性質(zhì)使它具有廣泛的應(yīng)用前景,從高接收率天線,到雷達反射罩甚至是地震預(yù)警。超材料是一個跨學(xué)科的課題,囊括電子工程、凝聚態(tài)物理、微波、光電子學(xué)、經(jīng)典光學(xué)、材料科學(xué)、半導(dǎo)體科學(xué)以及納米科技等等。

      經(jīng)過工程設(shè)計以具有自然界中未發(fā)現(xiàn)的特性的超材料,由于其獨特的功能和令人興奮的應(yīng)用而長期得到科技研究人員的開發(fā)和研究。然而,直到現(xiàn)在,研究人員還不清楚其熱輻射特性背后的物理原理。

      在最近的《物理評論快報》上發(fā)表的一篇論文中,卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)的科學(xué)家們,創(chuàng)建了一種超材料的新的尺度定律,以描述超表面和超材料的熱輻射。

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      論文作者為中國學(xué)者、卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)機械工程系副教授沈晟(Sheng Shen)和他的博士研究生李嘉雨(JIayu Li)和于波文(Bowen Yu)。

      如下圖所示,新的尺度定律揭示了超材料的集體熱輻射行為背后的物理原理。

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      李說,“有了這一新的尺度,揭示了超材料的集體熱輻射行為背后的基本物理原理,研究人員可以輕松地利用現(xiàn)有的設(shè)計和優(yōu)化工具從超材料中獲得所需的熱輻射特性,而不必通過繪制整個設(shè)計圖來盲目尋找最佳解決方案空間。”

      熱輻射是指材料發(fā)出的光的類型。例如,人類發(fā)出紅外光,而發(fā)光的鐵水則發(fā)出可見光。通常,熱輻射取決于物體的溫度和成分。但是,超材料的超表面由于其獨特的亞波長尺度結(jié)構(gòu)而與我們對熱發(fā)射的經(jīng)典理解有所不同。

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      該研究成果的新尺度定律的影響在許多領(lǐng)域中將會看到,包括電氣工程、光電、材料科學(xué)和熱工程。超材料的應(yīng)用包括太陽能收集、光學(xué)濾鏡和熱偽裝。

      沈教授說,“我們正在應(yīng)用這一新的尺度定律來設(shè)計新穎的基于超材料的熱紅外設(shè)備,用于包括紅外信號控制、紅外感應(yīng)、熱量管理和熱能轉(zhuǎn)換在內(nèi)的各種應(yīng)用。”

      該論文的標題為“等離子超表面的遠場熱輻射的尺度定律”,于2020年3月發(fā)表在《物理評論快報》上。

       

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