[發(fā)明專利]一種基于多層液晶材料的可調(diào)控二維熱隱身斗篷

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710062102.X
• 申請(qǐng)日: 2017-01-31
• 公開（公告）號(hào): CN107065380A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹暾
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G02F1/29
• 分類號(hào): G02F1/29;A41D3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于多層液晶材料的可調(diào)控二維熱隱身斗篷的實(shí)現(xiàn)方法和裝置，可應(yīng)用于熱流控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

2006年，文獻(xiàn)1：“J.B.Pendry et al,SCIENCE,2006(312):1780”首次提出利用異向介質(zhì)能夠操控光波的傳播方向，實(shí)現(xiàn)光學(xué)隱身衣概念，引起了人們的廣泛關(guān)注，成為光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。與此同時(shí)，作為光學(xué)隱身衣應(yīng)用的一個(gè)拓展領(lǐng)域，即通過人工結(jié)構(gòu)操控?zé)崃鞣较颍瑢?shí)現(xiàn)熱學(xué)隱身也快速成為熱力學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問題。2013年，文獻(xiàn)2：“R.Schittny et al,Phys.Rev.Lett.2013(110):195901”采用銅和聚二甲硅氧烷制作了二維圓形熱斗篷,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了隱身效果。2013年，文獻(xiàn)3：“T.Z.Yang et al,J.Phys.D:Appl.Phys.2013(46):305102”推導(dǎo)出具有共形任意橫截面形狀的熱斗篷變換媒質(zhì)熱導(dǎo)率表達(dá)式,并仿真分析了其熱傳導(dǎo)特性。2014年，文獻(xiàn)5：“F.C.Mao et al,Acta Phys.Sin.2014(63):014401”對(duì)任意橫截面柱形熱斗篷進(jìn)行了研究和分析,導(dǎo)出了二維非共形任意形狀熱斗篷的熱導(dǎo)率表達(dá)式。但是，目前二維熱學(xué)隱身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，還不具備可調(diào)諧的功能(即熱隱身的開/關(guān)功能)，換句話說熱學(xué)隱身斗篷的結(jié)構(gòu)一旦確定以后其隱身性能將會(huì)一直存在是不能改變的，其主要原因是缺乏熱導(dǎo)率可以被主動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)控的天然材料，這直接制約著熱學(xué)隱身技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。因此需要設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法對(duì)熱學(xué)隱身斗篷的熱隱身功能進(jìn)行調(diào)諧，他將對(duì)熱學(xué)隱身斗篷的實(shí)際應(yīng)用具有非常重要的意義，大大推進(jìn)其實(shí)用化進(jìn)程。

在外界光、熱、電、磁或者應(yīng)力的作用下，液晶材料的晶軸方向會(huì)發(fā)生可逆改變，而伴隨著晶軸方向的改變，其熱導(dǎo)率也會(huì)發(fā)生可逆性改變。

本發(fā)明提供一種基于多層液晶材料的二維可調(diào)控?zé)犭[身斗篷。該二維可調(diào)控?zé)犭[身斗篷是將液晶材料環(huán)層以x-y水平面中心為軸，在x、y軸線方向逐層延拓形成，通過控制不同環(huán)層中液晶材料的晶軸方向，可以使每層對(duì)應(yīng)不同的熱導(dǎo)率系數(shù)，獲得熱隱身所需的二維熱導(dǎo)率分布，進(jìn)而使熱流繞過斗篷區(qū)域后，溫度場(chǎng)恢復(fù)原來的分布，實(shí)現(xiàn)熱隱身功能，為處在熱隱身斗篷中心的物體屏蔽掉外界熱流干擾，同時(shí)不影響外界熱流分布。同時(shí)，通過循環(huán)控制每個(gè)環(huán)層中液晶材料的晶軸方向，實(shí)現(xiàn)熱隱身斗篷的實(shí)時(shí)開/關(guān)性能，從而克服了二維熱隱身斗篷不能開關(guān)的缺點(diǎn)。本發(fā)明基于液晶材料晶軸方向可變?cè)恚梢杂行Ч?jié)省能量，延長(zhǎng)偽裝時(shí)間；在實(shí)現(xiàn)上，采用電、光控開關(guān)等廣泛使用的器件，顯著降低了熱隱身斗篷的復(fù)雜度和成本，實(shí)際應(yīng)用潛力大。使用本發(fā)明技術(shù)，可以使熱學(xué)隱身斗篷在大多數(shù)時(shí)間內(nèi)處于關(guān)閉狀態(tài)(即不隱身)，使對(duì)方探測(cè)到一些無效熱學(xué)信息，而在需要的時(shí)候開啟熱隱身功能讓對(duì)方探測(cè)不到其熱學(xué)信號(hào)，有效隱藏各種重要信息，麻痹敵方，使我方行動(dòng)具有突然性。該技術(shù)會(huì)使計(jì)算機(jī)芯片高效散熱，從而提高計(jì)算機(jī)性能；實(shí)現(xiàn)熱幻想，迷惑紅外檢測(cè)器；同時(shí)在航天器返回艙、衛(wèi)星等設(shè)備中具有巨大應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有二維熱學(xué)隱身斗篷的熱隱身功能不具備可調(diào)諧性(即不能開/關(guān)熱隱身功能)的缺點(diǎn)，利用液晶材料這一常見材料，提供一種實(shí)現(xiàn)可調(diào)控(可開/關(guān))二維熱學(xué)隱身斗篷的新技術(shù)，使得系統(tǒng)具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度快、便于操作、能耗小、實(shí)時(shí)性強(qiáng)和實(shí)現(xiàn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一種基于多層液晶材料的可調(diào)控二維熱隱身斗篷，包括襯底層、絕熱間隔環(huán)層、液晶材料環(huán)層、附于液晶材料環(huán)層底層的金屬薄層貼片、控制單元和供能單元；

該可調(diào)控二維熱隱身斗篷是將液晶材料環(huán)層以x-y水平面中心為軸，在x、y軸線方向逐層延拓形成，每個(gè)液晶材料環(huán)層底部均貼有金屬薄層貼片，每?jī)蓚€(gè)液晶材料環(huán)層之間均有絕熱間隔環(huán)層隔離；

襯底層處于二維多層液晶材料環(huán)層下方，用于承載二維多層液晶材料環(huán)層，被隱藏的目標(biāo)放置于二維多層液晶材料環(huán)層的中心位置；

襯底層與金屬薄層貼片接觸，同時(shí)襯底層對(duì)應(yīng)于每個(gè)金屬薄層貼片處都鉆有小孔，小孔孔徑為1μm～1cm、深度為1cm～100cm；小孔內(nèi)安裝導(dǎo)線，導(dǎo)線一端連接在金屬薄層貼片上，另一端依次經(jīng)過控制單元和供能單元接地，通過操控控制單元，可以調(diào)控供能單元對(duì)每層液晶材料環(huán)層中液晶材料的加熱時(shí)間，進(jìn)而控制不同液晶材料環(huán)層中液晶材料的晶軸方向，可以使每層液晶材料環(huán)層對(duì)應(yīng)不同的熱導(dǎo)率系數(shù)，實(shí)現(xiàn)熱隱身所需的二維熱導(dǎo)率分布，進(jìn)而使熱流繞過二維斗篷區(qū)域后，溫度場(chǎng)和等溫線恢復(fù)原來分布，實(shí)現(xiàn)熱隱身功能。