[發明專利]雙層橢圓核殼結構的全方向熱-電隱身斗篷及其設計方法

在審

• 申請號: 202111568194.1
• 申請日: 2021-12-21
• 公開（公告）號: CN114283905A
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 豐火雷;倪玉山
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 王潔平

本發明公開了一種雙層橢圓核殼結構的全方向熱?電隱身斗篷及其設計方法。該熱?電隱身斗篷由內到外包括代表了隱身區域的共焦橢圓核區域，代表了隱身斗篷的雙層共焦橢圓殼區域，以及最外部的背景基質，在不同熱流和電流方向下，背景基質的熱導率和電導率和共焦橢圓雙層核殼結構的各向異性等效熱導率和等效電導率一致。本發明的全方向熱?電隱身斗篷能夠阻止外部任意方向的熱流和電流進入隱身區域，使該區域的溫度和電勢梯度為零，且隱身斗篷不會引起背景基質中溫度場和電場的擾動，實現熱場和電場的全方向隱身功能。

技術領域

本發明屬于超材料技術領域，涉及一種雙層橢圓核殼結構的全方向熱-電隱身斗篷及其設計方法。

背景技術

超材料通過設計材料參數和結構特征來實現一些普通材料所不具備的特殊功能。針對材料設計，通常采用坐標變換和中性夾雜等方法來實現。即通過設計一些區域的材料參數來實現特殊的物理場控制功能。例如：隱身功能，聚集功能，偽裝功能，探測功能等等。隨著研究的進一步深入，針對多物理場控制功能的超材料逐漸引起了研究人員的興趣，即通過一種超材料來同時控制多個物理場。這樣可以整合不同物理場中相同控制功能的設備，從而提升該設備的利用效率，節約資源。

目前針對熱電雙場隱身斗篷的研究局限于各向同性的圓形結構，由于圓形結構是幾何各向同性的，因此并沒有考慮外部物理場的方向性。然而，根據實際的應用領域，隱身斗篷的幾何形狀卻并不局限于圓形。當熱電雙場隱身斗篷的幾何形狀為各向異性時，如何實現全方向的熱電隱身便成為了一個待解決的問題。

發明內容

本發明的目的就是設計一種基于各向異性的幾何形狀且能夠同時適用于熱場和電場的全方向隱身斗篷。不管熱流和電流的方向如何變化，該斗篷都能夠阻止外部任意方向的熱流和電流進入隱身區域，使該區域的溫度和電勢梯度為零，從而在沒有擾動外部溫度場和電場分布的情況下，達到全方向隱身的目的。熱電雙場隱身斗篷在航空航天等相關技術領域具有潛在的應用價值。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

本發明提供一種基于各向異性共焦橢圓雙層核殼結構的全方向熱-電隱身斗篷的設計方法，所述基于各向異性共焦橢圓雙層核殼結構的全方向熱-電隱身斗篷能夠實現全方向的熱電隱身功能，其由內至外分為第一區域、第二區域、第三區域和第四區域；第一區域是實現隱身的區域，其為各向異性橢圓形，第二區域和第三區域形成隱身斗篷，第二區域和第三區域呈現空心橢圓形，第一區域、第二區域和第三區域組合形成共焦橢圓雙層核殼結構，第一區域、第二區域和第三區域內的介質采用各向同性的材料，同時第二區域的介質為熱電絕緣材料，第四區域是實現全方向的熱電隱身功能的背景基質，在不同熱流和電流方向下，背景基質的熱導率和電導率和共焦橢圓雙層核殼結構的各向異性等效熱導率和等效電導率一致，使得無論外部溫度梯度和電勢梯度的方向如何改變，第一區域中的物體都不受外部熱流和電流的侵擾，第一區域中的溫度和電勢保持一個定值。

優選的，第一區域和第三區域的各向同性材料可以是：銅，鋁合金，鎂合金，不銹鋼，鎢等等。第二區域的材料可以是：聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

本發明中，第四區域的背景基質中的介質是由各向同性的不同基體材料和不同半徑的圓形夾雜物構成。

本發明中，背景基質中，基體材料和不同半徑的圓形夾雜物均采用各向同性的材料。優選的，第四區域的基體材料同第一區域和第三區域的選擇；第四區域的圓形夾雜物的材料可以是：空氣，PDMS等。

本發明中，背景基質結構采用多層結構，其構建方法如下：