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사진 제공: Visual China
통계 데이터에 따르면 온도가 2°C 올라갈 때마다 전자 부품의 신뢰성이 10%씩 감소하는 것으로 나타났습니다. 전자 부품의 작동 온도를 낮추는 것은 신뢰성, 정밀도 및 서비스 수명을 향상시키는 데 매우 중요합니다. 고온 환경에서 전자 부품의 성능이 크게 저하되는 문제를 해결하는 방법이 연구의 초점이 되었습니다.
최근 화중과학기술대학 기계공학부 Gao Liang 교수팀은 자유로운 형상, 배경 온도 독립성 및 전방향 기능을 갖춘 다양한 열 스텔스 메타물질을 설계했습니다. 장치 내부 물체의 외부 온도 장 간섭을 차단하고 활성 단열을 달성하며 열에 민감한 구성 요소의 열 보호에 사용할 수 있습니다. 관련 연구 결과가 최근 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'에 게재됐다.
열 흐름을 제어하여 뛰어난 열 기능 달성
최근 몇 년 동안 과학 연구자들은 재료의 구조적 구성을 합리적으로 설계하여 뛰어난 물리적 특성을 갖는 메타물질을 얻었습니다. 그 중 열메타물질은 메타물질의 일종으로 전자전력 부품의 효율적인 에너지 활용바카라표, 열관리 등의 분야에서 중요한 응용 가능성을 갖고 있다.
이론적으로 열 메타물질의 구조적 구성을 설계하면 열 흐름을 조작하고 제어할 수 있어 열 스텔스, 열 집중, 열 위장, 열 회전과 같은 뛰어난 열 기능을 얻을 수 있습니다.
현재 전자 부품의 열 스텔스 기능을 구현하려면 부품 주변에 열 스텔스 메타물질을 배치하거나 부품을 덮어 대부분의 외부 열을 차단하는 것입니다.
위에서 언급한 연구팀의 구성원이자 화중 과학기술대학교 기계공학부 교수인 Xiao Mi는 다음과 같이 말했습니다.“열 차폐에 사용되는 재료는 주로 다음과 같습니다. 다음: 나노복합재료, 다공성 세라믹 재료, 탄소나노튜브, 천연재료 하이브리드의 열적 메타물질. ”
연구팀은 자유 형상의 열 메타물질의 지능적 설계를 실현하는 열 메타물질에 대한 딥러닝 기반 토폴로지 최적화 설계 방법을 제안했습니다.
이 방법은 심층 생성 모델을 사용하여 열 메타물질의 맞춤형 기능 요구 사항에 따라 대상 열 전도 텐서가 있는 토폴로지 기능 단위 셀을 자동으로 실시간 생성하여 열 메타 물질을 빠르게 생성합니다.
이 아이디어를 바탕으로 연구팀은 열 스텔스 메타물질을 설계하고 수치 시뮬레이션과 열 실험을 통해 우수한 열 스텔스 기능을 검증했습니다. 바카라표
연구팀이 설계한 열적 메타물질은 천연물질이 혼합되어 만들어졌으나 천연물질이 갖고 있지 않은 뛰어난 열적 특성을 갖고 있으며, 게다가 메타물질 내부의 천연물질은 대개 불균일하게 분포되어 있고 이방성이다. .
Xiao Mi는 열을 차단하는 이러한 유형의 재료의 원리는 열이 특정 영역을 우회할 수 있도록 재료의 합리적인 분포 설계를 최적화하여 열 차폐를 달성하는 것이라고 말했습니다.
국내외에서 열차폐 분야에서 일련의 성과가 이루어졌습니다.
현재 국내외에서 열차폐 분야의 열메타물질 연구에 일부 진전이 있었습니다.
국제적으로는 유효매질이론을 바탕으로 미국 하버드대학교 나라야나(Narayana) 교수와 사토(Sato) 교수가 열전도도가 다른 두 재료를 내부에서 외부로 교대로 중첩시켜 등가의 이방성 열전도도를 구했으며, 열 스텔스 메타장치는 열 스텔스 메타물질 연구 붐을 일으켰습니다.
이후 독일 과학원 학자인 Wegener 팀은 동판에 구멍을 뚫고 PDMS 접착제를 채워 과도 열 스텔스 메타 장치를 성공적으로 검증했습니다. 싱가포르 난양기술대학교 장백일(Zhang Baile) 교수팀은 정교한 3차원 금속 가공 기술을 통해 최초로 3차원 초박형 열스텔스 메타장치를 준비하는데 성공했다. 우리나라 남부 과학 기술 대학의 Li Baowen 교수와 싱가포르 국립 대학의 Qiu Chengwei 교수 팀은 두 가지 등방성 재료를 사용하여 이중층 열 스텔스 메타 장치의 설계 및 실험 검증을 실현했습니다. 절강대학교 He Sailing 교수팀은 좌표 변환 방법을 사용하여 반도체 실리콘에 구멍을 뚫고 외부 열과 전류로부터 차폐 및 보호를 달성하기 위한 열전 다중 필드 스텔스 메타 장치를 설계했습니다. 바카라표
열 스텔스 메타디바이스의 설계와 준비는 외국이 가장 먼저 실현했지만, 열 스텔스 메타물질의 개념은 우리나라 복단대학교 황 지핑(Huang Jiping) 교수팀이 처음 제안했습니다. 그들은 2008년에 처음으로 변형 열 이론을 제안하고 열 스텔스 메타물질을 예측했습니다. 이 메타물질은 외부 열 간섭으로부터 내부 물체를 보호할 수 있으며, 메타물질 자체는 외부 세계에 어떠한 교란도 일으키지 않습니다. 이를 바탕으로 Huang Jiping 팀은 비선형 변환 열 이론 제안, 거시적 열 다이오드 및 주변 온도 차이에 따른 제로 에너지 단열 슈퍼 장치 설계 등 많은 연구를 수행했습니다.
일반적으로 국내외 열메타물질 연구는 서로 보조를 맞추며 병행 단계에 있다.
Gao Liang은 항공우주 분야에서 항공우주 구조물의 열부하를 줄이기 위해 에너지 장비 분야에서 장비의 열 보호 및 열 활용 효율을 향상시키는 데 사용될 수 있다고 말했습니다. 또한 정보 전자 분야에서 열에 민감한 전자 장치의 열 안정성을 향상시키고 서비스 수명을 연장하는 데 사용할 수 있습니다.
대규모 홍보 및 적용을 위해서는 아직 극복해야 할 몇 가지 문제가 있습니다.
정보 전자 분야에서는 초기에 열 메타물질이 적용 조건을 충족했지만 다음과 같은 문제가 있습니다. 아직 대규모 홍보와 적용 및 산업화에 어려움이 있습니다.
현재 열 메타물질의 산업화 수준이 상대적으로 낮다는 점을 강조했습니다. 일부 연구 기관 및 기업에서는 이 분야에 대한 관련 연구 개발을 수행했지만 대규모 상업 생산 및 광범위한 적용에 있어 기술 성숙도 및 비용 효율성 측면에서 여전히 어려움에 직면해 있습니다. 바카라표
재료 준비 기술 측면에서 열 메타물질 준비에는 재료의 구조와 구성을 정확하게 제어하고 열 메타물질 설계 및 준비의 통합 및 일관성을 달성하기 위한 고정밀 준비 기술이 필요합니다.
재료의 다양성 측면에서 실제 응용 분야에서 열 메타물질의 열적 특성만 고려하는 것만으로는 충분하지 않으며 다양한 응용 환경과 요구 사항에 따라 열적 안정성, 기계적 특성도 고려해야 합니다. 강도 및 내구성. 고온, 내식성, 내마모성 및 기타 특성..
또한, 재료비 측면에서 열메타물질의 가격이 홍보 및 적용의 핵심이다. 현재 열 메타물질의 준비 비용이 상대적으로 높아 적용 범위가 제한됩니다.
Gao Liang은 일반적으로 열 메타물질의 산업적 응용에서 해결해야 할 기술적 문제가 여전히 많으므로 더 많은 연구 기관과 인력의 투자와 연구가 필요하다고 말했습니다. 과학기술의 지속적인 발전과 성숙으로 열메타물질의 산업적 응용이 머지않아 실현될 것으로 믿어집니다.
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