Прорыв в области тепловизионной маскировки достигнут благодаря технологии 9-кратного сверхрассеяния тепла
Учёные совершили прорыв в управлении теплом, продемонстрировав технологию активного теплового «суперрассеивания». Новый метод позволяет небольшому объекту создавать тепловую «тень» или сигнатуру, в девять раз превышающую его физический размер, что открывает перспективы для тепловой маскировки и управления энергией.
Тепло всегда было сложной мишенью для манипуляций в отличие от света или звука. Оно распространяется не волнами, а за счёт диффузии, медленно и неупорядоченно. Это делало невозможным создание компактных устройств для эффективного управления тепловыми полями, ограничиваясь громоздкой изоляцией или крупными пассивными структурами.
Исследователи обошли фундаментальное ограничение, отказавшись от поиска невозможных пассивных материалов. Ранее математические модели для радикального усиления теплового влияния объекта требовали создания оболочки с отрицательной теплопроводностью, что противоречит законам термодинамики. Вместо этого команда использовала активную термо-метаповерхность.
Суть метода заключается в окружении объекта кольцом из управляемых термоэлектрических модулей. Эти модули, работая как распределённые микроскопические тепловые насосы, активно вводят и отводят тепло вдоль чётко рассчитанной границы согласно специальному алгоритму. Таким образом, они вынуждают внешнее тепловое поле огибать маленький объект так, как если бы на его месте находилось препятствие гораздо большего размера. Электрическое питание модулей делает систему энергозависимой, но физически реализуемой.
Экспериментальная установка наглядно подтвердила теорию. На медном листе, между двумя термостатами, создавался постоянный температурный градиент. В центре размещался небольшой теплоизолирующий диск радиусом 10 мм, окружённый на расстоянии 30 мм активным кольцом из 10 модулей. После активации системы инфракрасная камера зафиксировала температурное поле, практически идентичное тому, которое создавал бы изолирующий диск радиусом 90 мм. Как заявили авторы работы, это означает девятикратное усиление тепловой сигнатуры.
Данная работа открывает практический путь к созданию устройств тепловой маскировки, способных скрывать объекты от инфракрасных сенсоров, выдавая их за предметы другого размера или формы. Кроме того, технология может найти применение в области управления тепловыми режимами в микроэлектронике и системах энергоэффективности. Исследователи планируют дальнейшую работу по повышению эффективности системы и адаптации метода для более сложных геометрий.
Исследование в научном журнале Advanced Science.