ГЛАВНАЯ » 2014 » Февраль » 15 » Сингапурские ученые создали два варианта теплового плаща-невидимки
17:24
Сингапурские ученые создали два варианта теплового плаща-невидимки
Разработка разнообразных устройство сокрытия, своего рода плащей-невидимок, является одной из самых "горячих" научных тем современности. Это обусловлено отнюдь не популярностью книг из серии о Гарри Поттере, такие устройства могут и уже используются в разнообразном научном и технологическом оборудовании, выполняя весьма уникальные функции. С появлением на научном горизонте метаматериалов, материалов имеющих сложную внутреннюю структуру или сложное строение поверхности, ученые обнаружили, что на их основе они могут создать устройства, преломляющие микроволновое излучение весьма необычным образом, заставляя волны излучения огибать объекты. Так и появились первые устройства сокрытия, а дальнейшая работа в этом направлении привела к появлению устройств, эффективно работающих в диапазонах видимого и инфракрасного света.
Две независимые группы ученых из Сингапура создали два различных варианта реализации устройства сокрытия объектов от теплового потока, еще одной разновидности плаща-невидимки. Создавая такие устройства, ученые также использовали метаматериалы, но их принцип действия весьма отличается от принципов преломления гармонических колебаний волн различных диапазонов. Все дело заключается в том, что перенос тепла имеет не волновую природу, поэтому тепловые потоки ведут себя совершенно по-другому, они преломляются и отражаются совсем иначе, нежели электромагнитные волны. Но это еще не означает, что при определенных обстоятельствах невозможно скрыть некий объект, сделав его "невидимым" для потока тепла.
Идея, легшая в основу тепловых плащей-невидимок, заключается в создании искусственной среды, внутри которой тепловые потоки движутся, не проходя через некоторые точки, в которых находятся "скрываемые" объекты. При помощи сложных материалов специальной формы ученые заставили тепловой поток вести себя подобно электромагнитной волне, что позволило отклонить траекторию его распространения и обогнуть определенную область пространства.
Первая группа использовала метаматериал, состоящий из слоев металла, который является хорошим проводником тепла, и слоев термоизолятора, обычного пенопласта. Внутрь круга, изготовленного из такого метаматериала, был помещен алюминиевый цилиндр, который и являлся скрываемым объектом, а вся эта конструкция была помещена в блок из теплопроводящего материала. Поток тепла, перемещающийся от одного края блока к другому, встречал на своем пути препятствие и огибал скрываемый объект, перемещаясь по пути наименьшего сопротивления, по металлическим проводникам. Знания точных тепловых характеристик используемых материалов и точный расчет размеров устройства позволили ученым добиться того, что тепловой поток покидал пределы устройства строго на его обратной стороне. При этом, тепло потока не проникало внутрь устройства, температура алюминиевого цилиндра оставалась неизменной в течение длительного времени, а мощность теплового потока на входе и выходе была практически равна.
Устройство, созданное второй группой сингапурских ученых, работает приблизительно на том же принципе, что и первое. Только вместо металла и пенопласта ученые использовали воздух, который является плохим проводником тепла, медь, которая обладает высокой теплопроводностью, и нержавеющую сталь, теплопроводность которой выше теплопроводности воздуха, но ниже теплопроводности меди. Скрываемый объект в данном случае помещался внутрь воздушного кармана, окруженного слоями из нержавеющей стали и меди.
К сожалению, оба устройства в том виде, в котором они существуют сейчас, не годятся ни для какого практического применения. Но на основе разработанных технологий можно будет создать более эффективные технологии, которые могут оказаться очень полезными для управления распределением тепловых потоков внутри электронных устройств и внутри кристаллов полупроводниковых чипов. А одним из возможных областей применения технологии теплового сокрытия, по мнению ученых, может стать система тепловой защиты аккумуляторных батарей, которая не позволит перегреться и воспламениться при зарядке батареям мобильных телефонов и портативных компьютеров.
