Los metamateriales térmicos son un tipo de material compuesto que controla y regula la conducción de calor a través de estructuras diseñadas artificialmente, y han mostrado un gran potencial de aplicación en muchos campos en los últimos años. La capa térmica es particularmente ojos: captura. Puede guiar el flujo de calor para evitar un área específica, haciendo que el área sea "invisible" en el campo térmico, logrando así una manipulación efectiva del flujo de calor.
Sin embargo, en el campo de diseño y fabricación de dispositivos metamales geométricos no conformes, siempre ha habido muchos desafíos. Los métodos de fabricación tradicionales tienen limitaciones obvias cuando se trata de componentes complejos con alta integridad estructural y propiedades mecánicas. El propósito de diseño de los metamateriales de encubrimiento de calor no conformes es romper los grilletes de las formas geométricas tradicionales para lograr un control de la ruta de conducción de calor más complejo, pero la complejidad geométrica resultante ha aumentado la dificultad de fabricación.
El equipo del profesor Tian Xiaoyong en la Universidad Xi'an Jiaotong ha logrado recientemente un progreso importante. Propusieron una fibra de metal continua - Tecnología de impresión 3D integrada para fabricar metamateriales de encubrimiento de calor no conformes. Esta tecnología combina los procesos de impresión de extrusión de material (MEX) y incrustación de metales para lograr la fabricación de precisión de estructuras compuestas de metal -polímero.
Durante el proceso de fabricación, el equipo determinó la relación de material óptima y el método de incrustación a través de cálculos precisos. Utilizaron cables PLA y cobre con alta conductividad térmica para construir una estructura compuesta, asegurando que el dispositivo exhiba características ideales de conducción de calor anisotrópico. En términos de innovación de procesos y optimización de parámetros, el equipo ha desarrollado una serie de procesos innovadores, logrando un control independiente y preciso de la extrusión de polímeros puros e incrustación de alambre. Esta medida ha resuelto el problema de unión de interfaz en la impresión 3D compuesta tradicional causada por la diferencia en los puntos de fusión del material. El equipo también promueve la estrecha unión entre el metal y el polímero al regular con precisión la temperatura de la boquilla y la presión de incrustación, eliminando los pasos posteriores al procesamiento e introduciendo una fórmula de cálculo de asignación de incrustación y una estrategia de control de altura de la boquilla para garantizar todo el proceso. En términos de construcción del marco teórico, el equipo combinó la teoría de la termodinámica de la transformación y la teoría de la discretización conforme por primera vez y construyó un marco teórico para el encubrimiento de la conducción de calor no conforme. Al introducir la transformación del tensor de conductividad térmica, se logra una conversión de mapeo precisa de coordenadas virtuales al espacio real, proporcionando una base sólida y una capacidad de predicción para el diseño de estructuras de encubación complejas de calor. Los resultados experimentales muestran que los metamateriales de encubrimiento de calor no conformes no conformes fabricados por esta tecnología pueden regular con precisión el flujo de calor, lo que hace que el calor pase por alto efectivamente áreas específicas, y el área de tubo de encubación alcanza la uniformidad de temperatura esperada. Esto verifica completamente la alta capacidad de control del proceso de fabricación y el excelente efecto de encubación térmica, y también muestra la alta integridad estructural y el excelente rendimiento de este metamaterial. En términos de aplicación, esta tecnología tiene un valor práctico de aplicación en campos, como la protección térmica aeroespacial y la disipación de calor de dispositivos electrónicos. Por ejemplo, se puede utilizar para fabricar sistemas de protección térmica eficientes y materiales de disipación de calor.
En resumen, la tecnología de impresión 3D integrada de fibra metálica continua proporciona nuevas ideas para resolver las limitaciones de los métodos de fabricación tradicionales. Con la mejora continua y la optimización en todos los aspectos, los metamateriales térmicos mostrarán amplias perspectivas de aplicación y un gran valor económico en más campos.