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新型超材料實現電場熱場同時“聽指揮”

文章來源：新能源網更新時間：2025-11-13 16:38:01

科技日報訊（記者吳長鋒）記者11月10日從中國科學技術大學獲悉，該校超材料研究團隊創新性提出了一種電熱晶格超材料，并首次通過單一結構平臺，實現對電場和熱場的協同與獨立編程調控，破解了多物理場耦合調控的核心難題。相關研究成果日前發表于國際期刊《先進材料》。

在智能能源管理、高性能電子器件等眾多高端技術領域，往往需要同時對電場和熱場進行精確調控。然而，由于兩種物理場本質上相互耦合，以及傳統材料性能固定、結構設計靜態化，實現二者的獨立、協同調控一直面臨巨大挑戰。

針對這一瓶頸，由中國科學技術大學教授趙剛、何立群、葉宏等組成的超材料研究團隊從結構幾何入手，獨辟蹊徑地提出了電熱晶格超材料的設計新范式。研究團隊采用模塊化設計策略，將超材料構建為由大量相同晶格單元通過高導熱/高導電“橋梁”連接而成的晶格網絡。借助這一統一的拓撲框架，僅需調整晶格單元的空間位置與幾何形態，即可實現電、熱場的協同塑形，突破了傳統雙場超材料的靜態設計局限與調控耦合難題。

“這類似于用樂高積木搭建復雜結構。”論文通訊作者趙剛解釋，“通過精巧的幾何設計，讓連接‘橋’的截面遠大于單元本身，確保了能量在傳輸時高效且不失真。最關鍵的是，在這個統一的‘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，就能命令電場和熱場‘聽指揮’，實現多種功能。”

研究團隊基于這一創新架構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。“這意味著，這種超材料能引導場線繞過某個區域實現‘隱身’，也能將場能量聚焦于一點實現聚集，還能改變場的傳播方向實現旋轉。”趙剛說，研究團隊還制備了心形、五角星等多種復雜形狀的場調控器件，展現了其強大的按需定制能力。

趙剛表示，這項研究首次實現電、熱耦合場的可編程解耦調控，打破了“材料屬性決定場調控能力”的傳統認知，為復雜多物理場環境下的器件開發提供了核心技術支撐。