专利摘要

本发明公开了一种热传导隐形方法、装置以及应用。在背景导热介质平面上引入交错排列的高热导率材料和低热导率材料组成的定向导热结构，定向导热结构内设有一个或者多个温度场隐形区域，温度场隐形区域用于放置待传导隐形的物体，定向导热结构通过对外界温度场的定向引导，使得热流平滑地绕过温度场隐形区域，温度场隐形区域内的温度场分布梯度为零，从而实现热传导隐形。可用于印刷电路板表面电子元件的保护、热太阳能电池表面热流的引导、人造皮肤表面元件热屏蔽。本发明比较容易实现，几何形状可以任意设计，不限于圆形结构。

权利要求

1.一种热传导隐形方法，其特征在于，在背景导热介质平面上引入交错排列的高热导率材料和低热导率材料组成的定向导热结构，定向导热结构内设有一个或者多个温度场隐形区域，温度场隐形区域用于放置待传导隐形的物体，定向导热结构通过对外界温度场的定向引导，使得热流平滑地绕过温度场隐形区域，温度场隐形区域内的温度场分布梯度为零，从而实现热传导隐形。

2.根据权利要求1所述的热传导隐形方法，其特征在于，所述的温度场隐形区域的几何形状可变，满足热流平滑地绕过。

3.根据权利要求1所述的热传导隐形方法，其特征在于，所述的高热导率材料的热导率相对于背景导热介质平面的热导率越高，所述的低热导率材料的热导率相对于背景导热介质平面的热导率越低，热传导隐形效果越好。

4.根据权利要求3所述的热传导隐形方法，其特征在于，所述的高热导率材料的热导率是背景导热介质平面的10倍或者以上，所述的低热导率材料的热导率是背景导热介质平面的10%或者以下。

5.一种根据权利要求1-4任一项所述的热传导隐形方法制备的热传导隐形装置，其特征在于，包括背景导热介质平面（1-4）和交错排列的高热导率材料（1-1）和低热导率材料（1-2）组成的定向导热结构，定向导热结构内设有一个或者多个温度场隐形区域（1-3）。

6.一种根据权利要求5所述的热传导隐形装置的应用，其特征在于，用于印刷电路板表面电子元件的保护、热太阳能电池表面热流的引导、人造皮肤表面元件热屏蔽。

说明书

技术领域

本发明属于新型热传导隐形技术，尤其涉及一种热传导隐形方法、装置以及应用。

背景技术

热传导隐形是随着热学超材料的发展提出的一种新型热学器件。当热在均匀的导热平面上传导时，温度场的分布也是均匀的。然而如果在导热平面上存在一些其他热导率不同的物体时，温度场的分布将不再均匀，此时外界观察者将通过温度场分布“感知”到在导热平面上存在其他物体。热传导隐形结构的作用就是在这些热导率不同于背景导热平面的物体周围加入特殊热导率分布的结构，使得温度场分布恢复均匀，导致外界观察者无法通过温度场分布“感知”到在导热平面上存在其他物体。热传导隐形可以同时实现以下两个功能：第一，被隐形的区域内部的温度梯度为零；第二，在被隐形区域中，无论放置任何热导率材料，外界的温度场都不会改变。

目前实验上实现的热传导隐形结构，主要是借助于双层或者多层热导率不同的材料包裹得到的柱状壳层结构【Han T, Bai X, Gao D, et al., Physical Review Letters112(5), 054302 (2014)】。这些结构存在以下的局限性：第一，这些热传导隐形的几何形状在导热平面内都是圆环状。然而在实际应用场合中，往往根据具体应用场合设计实现不同几何形状的热传导隐形结构。第二，对于双层的热导率材料组成的热传导隐形（基于直接求解热传导方程和边界条件的设计），热传导隐形结构所需要材料和该结构的几何参数有关。也就是说，当隐形结构的几何尺寸改变时，所要求的实现热隐形的材料也会相应改变，整个隐性结构的参数都将改变。第三，对应多层热导率材料组成的热传导隐形（基于变换热学），需要用到多种不同的热导率材料，以及复杂的渐变调控【Schittny R, Kadic M, GuenneauS, et al., Physical Review Letters 110(19)】。本发明将给出一种无论结构的几何尺寸如何，都只需要两种材料交错排列即可实现的、形状不是圆柱状并且可以设计的新型热传导隐形结构。

发明内容

为了解决现有热传导隐形结构所需的材料复杂或者材料热导率和器件几何尺寸有关，以及目前的热传导隐形结构都仅仅限于圆环形状等问题，本发明的目的是提供一种热传导隐形方法、装置以及应用。

一种热传导隐形方法，在背景导热介质平面上引入交错排列的高热导率材料和低热导率材料组成的定向导热结构，定向导热结构内设有一个或者多个温度场隐形区域，温度场隐形区域用于放置待传导隐形的物体，定向导热结构通过对外界温度场的定向引导，使得热流平滑地绕过温度场隐形区域，温度场隐形区域内的温度场分布梯度为零，从而实现热传导隐形。

所述的温度场隐形区域的几何形状可变，满足热流平滑地绕过。

所述的高热导率材料的热导率相对于背景导热介质平面的热导率越高，所述的低热导率材料的热导率相对于背景导热介质平面的热导率越低，热传导隐形效果越好。

所述的高热导率材料的热导率是背景导热板的10倍或者以上，所述的低热导率材料的热导率是背景导热板的10%或者以下。

一种根据所述的热传导隐形方法制备的热传导隐形装置，包括背景导热介质平面和交错排列的高热导率材料和低热导率材料组成的定向导热结构，定向导热结构内设有一个或者多个温度场隐形区域。

所述的热传导隐形装置的应用，用于印刷电路板表面电子元件的保护、热太阳能电池表面热流的引导、人造皮肤表面元件热屏蔽。

本发明的有益效果：

1）实现起来比较容易，仅需要借助于一种热导率比背景材料高和另外一种热导率比背景材料低的两种材料交错排列即可实现；

2）几何形状可以任意设计，不限于圆形结构；

3）当热传导隐形结构的几何形状、尺寸参数改变时，所需要的两种导热材料无需任何改变。

附图说明

图1是根据本发明方法设计的一个热传导隐形装置的结构示意图；

图2是温度场隐形区域中的温度场达到热平衡状态时的温度场比较图；

图3是温度场结构外部的温度场达到热平衡状态时的温度场分布比较图；

图4是根据本发明方法设计的一个热传导隐形装置的结构示意图（与图1具有不同的温度场隐形区域位置）；

图5是根据本发明方法设计的一个热传导隐形装置的结构示意图（矩形结构）；

图中，高热导率材料1-1、低热导率材料1-2、温度场隐形区域1-3、背景导热介质平面1-4。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

一种热传导隐形方法，在背景导热介质平面上引入交错排列的高热导率材料和低热导率材料组成的定向导热结构，定向导热结构内设有一个或者多个温度场隐形区域，温度场隐形区域用于放置待传导隐形的物体，定向导热结构通过对外界温度场的定向引导，使得热流平滑地绕过温度场隐形区域，温度场隐形区域内的温度场分布梯度为零，从而实现热传导隐形。所述的温度场隐形区域的几何形状可变，满足热流平滑地绕过。所述的高热导率材料的热导率相对于背景导热介质平面的热导率越高，所述的低热导率材料的热导率相对于背景导热介质平面的热导率越低，热传导隐形效果越好。

如图1所示，整个热传导隐形装置是由高热导率材料（1-1）和低热导率材料（1-2）在背景导热介质平面（1-4）中组成。由高热导率材料和低热导率材料组成的结构可以对温度场产生定向引导作用。在这两种高低热导率材料的中间，平滑地挖孔得到温度场隐形区域（1-3），即热隐形的区域。

背景导热介质的材料可选取为环氧树脂（热导率为3.4W/(mK)），此时高热导率材料（1-1）可以选择为铜（热导率为401W/(mK)），低热导率材料（1-2）可以选择为泡沫塑料（热导率为0.03W/(mK)）。在图1的结构中，被隐形的四个温度场隐形区域（1-3）设置为空气（热导率0.01W/(mK)），并在左边边界施加一个恒高温边界400K，右边边界施加一个恒低温边界200K，上下边界设置为热绝缘。此时，温度场隐形区域（1-3）中的温度场达到热平衡状态时的分布为图2左边的部分给出。如果将交错排列的铜和泡沫塑料移除，只保留背景导热介质平面（1-4）和温度场隐形区域（1-3），以及左右上下的边界条件相同。此时，温度场达到热平衡状态时的分布为图2右边的部分给出。可以看出，在其他条件相同的情况下，加了设计的定向导热结构之后，温度场隐形区域（1-3）在达到热平衡之后保持为一个恒温区域（温度场梯度为零）。如果移除定向导热结构，被隐形区域内的温度将与该区域内放置的材料热导率有关，并且一般都不是恒温（存在明显温度场梯度）。图3画出了上面两种情况下，隐形结构外部右边一条沿着垂直方向的一条直线上的温度场分布情况。实线是加了定向导热结构时，达到热平衡状态情况下，这条直线上的温度场分布基本是均匀的（没有对外界温度场产生任何扰动），而虚线则是其他条件不变的前提下，只是将定向导热结构移除后，同一条直线上的温度场在热平衡达到之后的分布。此时，明显温度场分布不在均匀。这是由于温度场隐形区域（1-3）中的空气对入射温度场扰动导致的。

除了图1给出的结构之外，还有其他许多可以设计的结构。比如图4和图5又给出了另外两种同样也是由高低热导率交错排列组成的可以实现热传导隐形的其他结构例子。只要首先利用高低热导率材料交错排列组成一个对外界温度场不产生扰动的定向导热结构，然后再在高低热导率材料的中间平滑地挖孔即可得到可放置被隐藏物体的温度场隐形区域。图4也是一个正方形的结构，只是在高低热导率材料中平滑挖孔的位置和图1不同。图5为一个矩形结构，并且只在上下两个位置挖了孔。

这种热传导隐形装置可以用于印刷电路板表面重要电子元件的保护、热太阳能电池表面热流的引导、人造皮肤表面元件热屏蔽等场合。

一种热传导隐形方法、装置以及应用专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。