Tunable liquid–solid hybrid thermal metamaterials with a topology transition

超材料 材料科学 热的 过渡(遗传学) 拓扑(电路) 工程物理 物理 光电子学 热力学 化学 电气工程 工程类 基因 生物化学
作者
Peng Jin,Jinrong Liu,Liujun Xu,Jun Wang,Xiaoping Ouyang,Jian‐Hua Jiang,Jiping Huang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:120 (3) 被引量:58
标识
DOI:10.1073/pnas.2217068120
摘要

Thermal metamaterials provide rich control of heat transport which is becoming the foundation of cutting-edge applications ranging from chip cooling to biomedical. However, due to the fundamental laws of physics, the manipulation of heat is much more constrained in conventional thermal metamaterials where effective heat conduction with Onsager reciprocity dominates. Here, through the inclusion of thermal convection and breaking the Onsager reciprocity, we unveil a regime in thermal metamaterials and transformation thermotics that goes beyond effective heat conduction. By designing a liquid-solid hybrid thermal metamaterial, we demonstrate a continuous switch from thermal cloaking to thermal concentration in one device with external tuning. Underlying such a switch is a topology transition in the virtual space of the thermotic transformation which is achieved by tuning the liquid flow via external control. These findings illustrate the extraordinary heat transport in complex multicomponent thermal metamaterials and pave the way toward an unprecedented regime of heat manipulation.

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