یک شنل نامرئی حرارتی سه‌بعدی پیشرفته که توسط مهندسان دانشگاه ایلینوی توسعه یافته، اکنون می‌تواند اجسام را از دید دوربین‌های فروسرخ پنهان کرده و آن‌ها را در برابر دماهای شدید محافظت کند.
محققان با معرفی یک دستگاه پوششی هیبریدی سه‌بعدی ساخته شده از آلومینیوم و لاستیک، قابلیت جدیدی در پنهان‌سازی حرارتی ایجاد کرده‌اند. این شنل نوین، گرما را به جای مسدود کردن، در اطراف اجسام هدایت می‌کند و امضای حرارتی آن‌ها را از دوربین های حرارتی محو می‌سازد. این دستاورد می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای در خنک‌سازی قطعات الکترونیکی، محافظت حرارتی و فناوری‌های مخفی‌کاری داشته باشد و از تشخیص تجهیزات از طریق امضای حرارتی جلوگیری کند.
مکانیسم عملکرد شنل نامرئی حرارتی سه‌بعدی
برخلاف شنل‌های حرارتی قبلی که محدود به دو بُعد یا جهت جریان گرمای خاصی بودند، طراحی جدید گرما را در اطراف شی پنهان‌شده هدایت می‌کند و از مسدود کردن صرف آن اجتناب می‌ورزد. این رویکرد، الگوهای دمایی را به دوربین‌های فروسرخ نشان می‌دهد که گویی هیچ شیئی در محل حضور ندارد. این تحقیق توسط پروفسور شلی ژانگ و تیم او از دانشگاه ایلینوی در اوربانا-شمپین و با همکاری پروفسور اوله سیگموند از دانشگاه فنی دانمارک انجام شده و نتایج آن در تاریخ ۲۶ اکتبر ۲۰۲۶ در نشریه Nature Communications به چاپ رسیده است. پروفسور ژانگ تأکید می‌کند: «دستگاه ما می‌تواند یک شیء پیچیده سه‌بعدی را در بی‌نهایت جهت پنهان سازد، در حالی که دمای داخلی آن را پایدار و محافظت‌شده نگه می‌دارد.»
ساختار مواد نوآورانه برای پنهان‌سازی حرارتی
ایجاد یک شنل حرارتی سه‌بعدی از گذشته چالشی بزرگ بوده است. برای غلبه بر این محدودیت‌ها، محققان به اصول بنیادی «ترمودینامیک تبدیلی» بازگشتند و به این سؤال پاسخ دادند که چه ساختار ماده‌ای می‌تواند تقریباً تمام ویژگی‌های حرارتی لازم برای یک شنل کامل را پوشش دهد. راه‌حل آن‌ها، یک ماده جدید مبتنی بر شبکه بود که ساختار آن در سه جهت قابل تنظیم مستقل است. این ویژگی به محققان امکان می‌دهد تا کارایی عبور گرما را از بخش‌های مختلف شنل کنترل کنند. این تیم با استفاده از پرینت سه‌بعدی فلز، یک شبکه آلومینیومی پیچیده ساخت که مسیرهایی برای هدایت کارآمد گرما فراهم می‌کند. سپس فضاهای باقیمانده را با ماده‌ای لاستیک‌مانند پُر کردند که رسانایی حرارتی پایینی دارد. ترکیب این مواد، ساختاری را ایجاد می‌کند که می‌تواند حرکت گرما را با دقت کنترل کند.
آزمایش‌های دوربین فروسرخ و کاربردهای آینده
برای ارزیابی کارایی دستگاه، تیم آن را بین مناطق گرم و سرد قرار داد و با دوربین فروسرخ، الگوهای دمایی حاصل را پایش کرد. نتایج نشان داد که شنل می‌تواند گرما را در اطراف منطقه پنهان‌شده هدایت کند و در عین حال، الگوی دمایی محیط اطراف را حفظ نماید، به گونه‌ای که برای دوربین فروسرخ، منطقه بدون شی به نظر می‌رسید. دمای داخل شنل نیز یکنواخت باقی ماند و فضای پنهان‌شده را از شرایط شدید بیرونی محافظت کرد. توانایی کنترل گرما در سه بُعد، می‌تواند پیامدهای مهمی در صنایع مختلف داشته باشد. در الکترونیک، این فناوری به مهندسان کمک می‌کند تا گرما را از اجزای حساس دور کرده و مدیریت گرما در ریزتراشه‌ها را بهبود بخشند. همچنین، در امنیت و دفاع، نسخه‌های آینده این فناوری ممکن است به پنهان‌سازی افراد یا تجهیزات از سیستم‌های تشخیص حرارتی کمک کند.
چالش آتی: پنهان‌سازی اجسام گرمازا
با وجود پیشرفت چشمگیر شنل حرارتی کنونی، محققان قصد دارند نسخه‌های پیچیده‌تری را توسعه دهند که قادر به پنهان‌سازی اجسامی باشند که خودشان گرما تولید می‌کنند، نه فقط محافظت آن‌ها از گرمای خارجی. این امر نیازمند موادی است که بتوانند گرما را به‌طور فعال در داخل منطقه پنهان‌شده کنترل کنند. چنین قابلیت‌هایی می‌توانند کاربرد این فناوری را در الکترونیک، محافظت حرارتی و تشخیص فروسرخ گسترش دهند.
نظرات کاربران