西安交大科研人员在超材料热管理领域取得新进展

新兴的超材料通过结构化的热物性调控，实现了超常规的热传输和热管理，并且出现了许多基于超材料的热功能元件。在导热体系中引入对流、相变以及热源等主动式手段可以突破常规材料热导率的限制，实现等效超高热导传输。这些基于主动式超材料的热管理策略通过引入额外的能量负载来提高自然材料的传热能力。然而，主动式热超材料系统中存在的复杂结构和能量损耗阻碍了其进一步发展。与此同时，由于固定的人工结构和不可控的相变，传统的热超材料面临着功能单一、环境适应性弱、无法实时调控等问题。

被动式超高热导材料

针对上述问题，西安交通大学能动学院屈治国教授和新加坡国立大学Cheng-Wei Qiu教授合作，提出了超材料多维拓扑构型设计的解析方法，通过引入垂直维度的传热通道，建立了稳健的被动式热调控机制，打破了导热系统无法突破材料内禀传热极限的固有认知，在不增加能量消耗的前提下，极大提高了系统的传热效率，为热传输铺上“高架桥”。在实验中以铝合金（本征热导率为120 W m-1K-1）为基底，测量到1915 W m-1K-1的等效热导率。在此基础上，构建了自适应可编程的热超表面平台，通过热电元件矩阵的空间演化和反馈控制系统的实时响应，实现了集成化的热调控功能以及对应用环境的主动适应。该工作为高效节能的热管理提供了新的思路。

自适应可编程超表面平台

以上两项工作以《被动式超高导热材料》（Passive Ultra-conductive Thermal Metamaterials）和《实时自适应热超表面》（A Real-time Self-adaptive Thermal Metasurface）为题，分别发表于《先进材料》（Advanced Materials）。西安交大能动学院博士生郭君为第一作者，西安交大能动学院屈治国教授和新加坡国立大学Cheng-Wei Qiu教授为共同通讯作者，西安交大能动学院为第一通讯单位。合作者包括新加坡国立大学许国强博士，西安交大能动学院博士生田地。

文章链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202200329

https://doi.org/10.1002/adma.202201093