記者11月10日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,該校超材料研究團隊創(chuàng)新性提出了一種電熱晶格超材料,并首次通過單一結(jié)構(gòu)平臺,實現(xiàn)對電場和熱場的協(xié)同與獨立編程調(diào)控,破解了多物理場耦合調(diào)控的核心難題。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于國際期刊《先進(jìn)材料》。

在智能能源管理、高性能電子器件等眾多高端技術(shù)領(lǐng)域,往往需要同時對電場和熱場進(jìn)行精確調(diào)控。然而,由于兩種物理場本質(zhì)上相互耦合,以及傳統(tǒng)材料性能固定、結(jié)構(gòu)設(shè)計靜態(tài)化,實現(xiàn)二者的獨立、協(xié)同調(diào)控一直面臨巨大挑戰(zhàn)。

針對這一瓶頸,由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授趙剛、何立群、葉宏等組成的超材料研究團隊從結(jié)構(gòu)幾何入手,獨辟蹊徑地提出了電熱晶格超材料的設(shè)計新范式。研究團隊采用模塊化設(shè)計策略,將超材料構(gòu)建為由大量相同晶格單元通過高導(dǎo)熱/高導(dǎo)電“橋梁”連接而成的晶格網(wǎng)絡(luò)。借助這一統(tǒng)一的拓?fù)淇蚣?僅需調(diào)整晶格單元的空間位置與幾何形態(tài),即可實現(xiàn)電、熱場的協(xié)同塑形,突破了傳統(tǒng)雙場超材料的靜態(tài)設(shè)計局限與調(diào)控耦合難題。

“這類似于用樂高積木搭建復(fù)雜結(jié)構(gòu)。”論文通訊作者趙剛解釋,“通過精巧的幾何設(shè)計,讓連接‘橋’的截面遠(yuǎn)大于單元本身,確保了能量在傳輸時高效且不失真。最關(guān)鍵的是,在這個統(tǒng)一的‘骨架’上,我們無需改變材料本身,只需像下棋一樣重新排布這些單元的位置和形態(tài),就能命令電場和熱場‘聽指揮’,實現(xiàn)多種功能。”

研究團隊基于這一創(chuàng)新架構(gòu)在同一個超材料器件上成功演示了電場與熱場的多種功能。“這意味著,這種超材料能引導(dǎo)場線繞過某個區(qū)域?qū)崿F(xiàn)‘隱身’,也能將場能量聚焦于一點實現(xiàn)聚集,還能改變場的傳播方向?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)。”趙剛說,研究團隊還制備了心形、五角星等多種復(fù)雜形狀的場調(diào)控器件,展現(xiàn)了其強大的按需定制能力。

趙剛表示,這項研究首次實現(xiàn)電、熱耦合場的可編程解耦調(diào)控,打破了“材料屬性決定場調(diào)控能力”的傳統(tǒng)認(rèn)知,為復(fù)雜多物理場環(huán)境下的器件開發(fā)提供了核心技術(shù)支撐。

(原載于《科技日報》?2025-11-13?06版)