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記者9日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校超材料研究團(tuán)隊創(chuàng)新性地提出了一種“電熱晶格超材料”，并首次通過單一的結(jié)構(gòu)平臺，實現(xiàn)了對電場和熱場的協(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《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，且傳統(tǒng)材料性能固定、結(jié)構(gòu)設(shè)計靜態(tài)化，因而實現(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，中國科大團(tuán)隊趙剛教授、何立群副教授、葉宏教授等組成的超材料研究聯(lián)合團(tuán)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(tuán)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)?！闭撐耐ㄓ嵶髡呲w剛教授解釋道，“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?！?/p>

研究團(tuán)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?！斑@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)’?！壁w剛說，研究團(tuán)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(qiáng)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)提供核心技術(shù)支撐。

（中國科大供圖）