 Подобно тому, как оптические плащи невидимости могут согнуть и дифрагировать свет, чтобы оградить объект от взгляда, и тому, как специально сфабрикованные акустические метаматериалы могут скрыть объект от звуковых волн, недавно разработанный тепловой плащ может сделать объект термически невидимым посредством активного перенаправления падающего тепла.
Система, разработанная учеными технологического университета в Сингапуре, имеет потенциал тонкой настройки распределения температуры и теплового потока в электронных и полупроводниковых системах. Она может применяться в устройствах с высокими требованиями к эффективному рассеиванию и однородному тепловому расширению, таких, как мощные двигатели, инструменты магнитно-резонансной томографии и термодатчики.
Из-за своей гибкости формы, активный тепловой плащ также может применяться в человеческой одежде для эффективного охлаждения и потепления, что может оказаться полезным в таких тропических областях, как Сингапур.
Исследователи экспериментировали с метаматериалами - искусственными композитами, которые обладают свойствами, которых нет в природе веществ. Они ранее разработали метаматериальный тепловой плащ, который пассивно проводит тепло вокруг скрытого объекта. Этому устройству не хватало переключателя, и они не могло быть приспособлено к объектам различной геометрии.
Ученые тогда начали рассматривать вопрос о том, можно ли управлять тепловой маскировкой электрическим способом, не посредством пассивного направления тепла вокруг скрытого объекта, а активной накачкой тепла с одной стороны скрытого объекта к другой стороне, с помощью термоэлектрических модулей.
Чтобы построить их активный тепловой плащ, исследователи развернули 24 небольших термоэлектрических модуля, представляющие собой полупроводниковые тепловые насосы, контролируемые внешним входным напряжением вокруг 62-миллиметрового отверстия для воздуха в пластине из углеродистой стали толщиной всего в 5 мм. Модули работают с помощью эффекта Пельтье, в котором ток, протекающий через переход между двумя проводниками, может удалять или генерировать тепло. Когда множество модулей подсоединены последовательно, они могут перенаправить поток тепла. Исследователи приложили нижние и верхние концы модулей к горячим и холодным поверхностям при температурах 60° С и 0° С соответственно, чтобы генерировать поток диффузионного тепла.
Когда исследователи применили различные конкретные напряжений на каждом из 24 модулей, тепло, падающий на горячей стороне поверхности отверстия для воздуха было поглощен и доставлено к медному резервуару постоянной температуры, прикрепленному к модулям. Модули на холодной стороне поверхности выпустили такое же количество тепла из резервуара в стальную пластину. Это предотвратило диффузию тепла через отверстие для воздуха. Данная методика, по словам исследователей, может быть использована для защиты чувствительных электронных компонентов от рассеивания тепла.
Кроме того, исследователи обнаружили, что их активная тепловая маскировка не ограничивается формой скрываемого объекта. При нанесении на прямоугольное отверстие воздуха, термоэлектрические устройства перераспределяют тепло так же эффективно, как и в круговом.
Забегая вперед, ученые планируют применять тепловые плащи в электронных системах, повышая эффективность теплопередачи, а также разработать интеллектуальную систему управления для плаща.
|
