一种路径相关的热电双场双功能器件制造技术

本发明专利技术涉及一种路径相关的热电双场双功能器件，该器件包括中心功能区域和分布在其周侧的包裹区域，所述的功能器件根据物理场的方向切换聚集和隐身功能，所述的物理场包括热场和电场，当实现聚集功能时，该功能器件将外部的等温线和等电势线聚集在中心功能区域，中心功能区域的温度和电势梯度显著提升，且不会扰动外部的热场和电场的分布，当实现隐身功能时，该功能器件使得外部热流和电流绕过中心功能区域，中心功能区域的温度和电势梯度趋近于零，且不会扰动外部的温度场和电场的分布。与现有技术相比，本发明专利技术可以拓宽热电双功能器件的使用领域，在电子器件热管理中具有潜在的应用价值。用价值。用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种路径相关的热电双场双功能器件


[0001]本专利技术涉及超材料
，尤其是涉及一种路径相关的热电双场双功能器件。

技术介绍

[0002]超材料是一种特殊的材料结构设计思想，凭借其独特的功能，例如：隐身功能，聚集功能，幻象功能，探测功能等等，他们被广泛的用于控制电磁场、声场、热场、光场等物理场。
[0003]目前由超材料实现的各种功能器件大多只能实现单一的控制功能，即无论外部物理场的方向如何变化，其只能实现一种控制功能，这使得器件的应用环境受到了限制。此外，这种功能大多局限于单一的物理场，缺乏对多物理场的响应。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种路径相关的热电双场双功能器件。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种路径相关的热电双场双功能器件，该器件包括中心功能区域和分布在其周侧的包裹区域，所述的功能器件根据物理场的方向切换聚集和隐身功能，所述的物理场包括热场和电场，当实现聚集功能时，该功能器件将外部的等温线和等电势线聚集在中心功能区域，中心功能区域的温度和电势梯度显著提升，且不会扰动外部的热场和电场的分布，当实现隐身功能时，该功能器件使得外部热流和电流绕过中心功能区域，中心功能区域的温度和电势梯度趋近于零，且不会扰动外部的温度场和电场的分布。
[0007]优选地，所述的中心功能区域的截面为菱形，两条对角线的长度为2a、2e；
[0008]所述的包裹区域包括内层包裹区域和外层包裹区域，所述的内层包裹区域和外层包裹区域截面的外轮廓均为菱形，内层包裹区域和外层包裹区域的中心点与中心功能区域的中心点重合，内层包裹区域菱形的对角线的长度为2a、2f，外层包裹区域菱形的对角线的长度为2c、2f，f＞e，c＞a；
[0009]中心功能区域的两条对角线的延长线分别将内层包裹区域和外层包裹区域均分割成四个分区，从左上角开始按照顺时针方向依次为第一分区、第二分区、第三分区、第四分区、第五分区、第六分区、第七分区和第八分区，相邻的两个分区具有不同的各向异性热导率和各向异性电导率，且中心功能区域与八个分区具有不同的各向异性热导率和各向异性电导率。
[0010]优选地，设中心功能区域两条对角线分别为x轴和y轴，当所述的物理场的方向沿x轴时，所述的功能器件实现聚集功能，当所述的物理场的方向沿y轴时，所述的功能器件实现隐身功能。
[0011]优选地，第一分区与第五分区，第二分区与第六分区，第三分区与第七分区，第四分区与第八分区对应为具有相同的各向异性热导率和各向异性电导率。
[0012]优选地，所述的中心功能区域和各个分区分别通过拥有不同的各向异性热导率和各向异性电导率的各向异性材料制成。
[0013]优选地，所述的中心功能区域和各个分区分别通过不同的层状各向同性材料组合而成，在同一分区中，通过层状交替的各向同性材料和排布角度来进行各向异性的等效。
[0014]优选地，该功能器件用于放置于各向同性基质材料进行使用。
[0015]优选地，该功能器件通过连续坐标变换进行各个分区以及中心功能区域的各向异性热导率和各向异性电导率的设计，中心功能区域在连续坐标变换前两条对角线的长度为2b、2d，内层包裹区域外轮廓菱形在连续坐标变换前两条对角线的长度为2b、2f，外层包裹区域外轮廓菱形在连续坐标变换前的对角线的长度为2c，2f，进行连续坐标变换后，外层包裹区域外轮廓菱形尺寸不变，内层包裹区域外轮廓菱形在连续坐标变换后两条对角线的长度为2a、2f，中心功能区域在连续坐标变换后两条对角线的长度为2a、2e。
[0016]优选地，中心功能区域以及八个分区的各向异性热导率分别为：
[0017][0018][0019][0020][0021]其中，κ0为基质材料的热导率，κ
z
为中心功能区域的热导率，κ1、κ2、κ3、κ4、κ5、κ6、κ7、κ8依次为第一分区、第二分区、第三分区、第四分区、第五分区、第六分区、第七分区和第八分区的热导率。
[0022]优选地，中心功能区域以及八个分区的各向异性电导率分别为：
[0023][0024][0025][0026][0027][0028]其中，σ0为基质材料的电导率，σ
z
为中心功能区域的电导率，σ1、σ2、σ3、σ4、σ5、σ6、σ7、σ8依次为第一分区、第二分区、第三分区、第四分区、第五分区、第六分区、第七分区和第八分区的电导率。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0030]本专利技术的路径相关的热电双场双功能器件具备路径相关的聚集和隐身功能，且同时适用于热场和电场。已有的普通超材料器件，例如热(电)聚集器和热(电)隐身器，其只能实现单一热场或电场功能，无法在同一个器件里实现热场或电场的双功能，更别说具有热
场和电场路径依赖的双功能器件的设计。本专利技术有效利用了器件的几何各向异性，将热场双功能和电场双功能汇聚在一个器件里。当热流和电流的方向沿着x轴时，该双功能器件能够实现热场和电场的聚集功能；当热流和电流的方向沿着y轴时，该双功能器件能够实现热场和电场的隐身功能。同时本专利技术的路径相关的热电双场双功能器件在实现聚集隐身功能时，不会扰动背景环境的热场和电场分布。本专利技术可以拓宽热电双功能器件的使用领域，在电子器件热管理中具有潜在的应用价值。
附图说明
[0031]图1为路径相关的热电双场双功能器件的几何区域分布图；
[0032]图2为本专利技术路径相关的热电双场双功能器件进行连续坐标变换的变换过程示意图；
[0033]图3为路径相关的热电双场双功能器件在不同温度梯度方向下的热场分布图；
[0034]图4为路径相关的热电双场双功能器件在不同电势梯度方向下的电场分布图；
[0035]图5为路径相关的热电双场双功能器件每个几何区域层状结构排布示意图；
[0036]图6为图5的层状结构排布的局部放大图。
[0037]图中，0为中心功能区域，1～8依次对应为第一分区、第二分区、第三分区、第四分区、第五分区、第六分区、第七分区和第八分区。
具体实施方式
[0038]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。注意，以下的实施方式的说明只是实质上的例示，本专利技术并不意在对其适用物或其用途进行限定，且本专利技术并不限定于以下的实施方式。
[0039]实施例
[0040]如图1所示，本实施例提供一种路径相关的热电双场双功能器件(可简称为Janus双功能器件)，该功能器件用于放置于各向同性基质材料进行使用。该器件能够根据具体的物理场方向自由切换聚集和隐身功能，在电子器件热管理中具有一定的应用价值。本专利技术的热电聚集功能能够将外部的等温线和等电势线聚集在指定区域，从而提升该区域的温度和电势梯度，且不会扰动外部的温度场和电场的分布；本专利技术的热电隐身功能可以使得外部热流和电流绕过特定的区域，从而使得该区域的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种路径相关的热电双场双功能器件，其特征在于，该器件包括中心功能区域和分布在其周侧的包裹区域，所述的功能器件根据物理场的方向切换聚集和隐身功能，所述的物理场包括热场和电场，当实现聚集功能时，该功能器件将外部的等温线和等电势线聚集在中心功能区域，中心功能区域的温度和电势梯度显著提升，且不会扰动外部的热场和电场的分布，当实现隐身功能时，该功能器件使得外部热流和电流绕过中心功能区域，中心功能区域的温度和电势梯度趋近于零，且不会扰动外部的温度场和电场的分布。2.根据权利要求1所述的一种路径相关的热电双场双功能器件，其特征在于，所述的中心功能区域的截面为菱形，两条对角线的长度为2a、2e；所述的包裹区域包括内层包裹区域和外层包裹区域，所述的内层包裹区域和外层包裹区域截面的外轮廓均为菱形，内层包裹区域和外层包裹区域的中心点与中心功能区域的中心点重合，内层包裹区域菱形的对角线的长度为2a、2f，外层包裹区域菱形的对角线的长度为2c、2f，f＞e，c＞a；中心功能区域的两条对角线的延长线分别将内层包裹区域和外层包裹区域均分割成四个分区，从左上角开始按照顺时针方向依次为第一分区、第二分区、第三分区、第四分区、第五分区、第六分区、第七分区和第八分区，相邻的两个分区具有不同的各向异性热导率和各向异性电导率，且中心功能区域与八个分区具有不同的各向异性热导率和各向异性电导率。3.根据权利要求2所述的一种路径相关的热电双场双功能器件，其特征在于，设中心功能区域两条对角线分别为x轴和y轴，当所述的物理场的方向沿x轴时，所述的功能器件实现聚集功能，当所述的物理场的方向沿y轴时，所述的功能器件实现隐身功能。4.根据权利要求3所述的一种路径相关的热电双场双功能器件，其特征在于，第一分区与第五分区，第二分区与第六分区，第三分区与第七分区，第四分区与第八分区对应为具有相同的各向异性热导率和各向异性电导率。5.根据权利要求2所述的一种路径相关的热电双场双功能器件，其特征在于，所述的中心功能区域和各个分区分别通过拥有不同的各向异性热导率和各向异性电导率的各向异性材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：丰火雷，倪玉山，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：