來源：Physics Reports

原文：https://doi.org/10.1016/j.physrep.2024.05.004

01 背景介紹

靜態和動態超材料具有操縱不同物理場的能力而被廣泛研究和應用于多個領域。熱傳遞方程包含非線性項，遵守質量、動量和能量守恒，因而在不同的傳遞模式下，可以展現橢圓型、拋物線型、雙曲型和混合型。這類多模式傳遞特性使得熱超材料在靜態和動態操縱機制上區別于其他超材料。采用變換理論和其他方法來調制靜態熱超材料的輻射特性，推動了熱隱身器、熱集中器、熱二極管等的發展。不同于靜態情況下，近年來熱傳遞操縱已擴展到動態系統。在超材料設計中引入流體動力學導致了諸多新穎的物理效應，如動態隱身、零阻力特性、拓撲熱傳遞、非互易擴散和非厄米物理。此外，動態熱超材料允許在時間和空間維度上進行精確控制，引發了可調節、可重構和智能熱超器件等的應用。然而，很少有研究從靜態和動態操縱的角度系統分析熱超材料。

02 成果掠影

近日，鄭州大學范春珍教授與華東理工大學王斌講師以及上海第二工業大學王駿副教授團隊在熱學超材料領域，首次從動態和靜態的視角，對包括傳導、對流、輻射在內的多模調控理論進行了系統回顧，并對其中蘊含的拓撲、非互易和非厄米等新奇物理效應以及未來的發展趨勢進行了分析和展望。研究成果以“Thermal metamaterials: From static to dynamic heat manipulation”為題發表在《Physics Reports》。

03 圖文導讀

圖1 從動態和靜態的角度描述熱超材料的框架圖。它們包含了操縱熱傳導、對流、輻射或其耦合效應的能力，從而導致一些新現象，如隱形、輻射冷卻、阻力減少、拓撲擴散、手性輸運和非厄米特效應，這些現象在各個領域都有潛在的應用。

圖2 (a)熱斗篷的示意圖。熱流圍繞內部區域流動，說明了它如何保護內部區域免受熱流的影響。(b)用熱散射理論實現了熱斗篷。

圖3 活性熱斗篷。(a)表示背景的溫度分布。(b)嵌在沒有矩形金屬板中的圓形氣孔。

圖4 雙功能熱濃縮器。(a)扇形雙功能選礦器由ABS和氧化鋁組成。(b)表示幾何參數，(c)為制作樣品的照片。

圖5 熱變壓器由4×4個旋轉方塊組成，(a)、(b)、(c)的旋轉角度分別為0°、45°和90°。

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