Näkymättömyystekniikkaa lämpövirtauksille

Tietyillä metamateriaaleilla valoa ja ääntä voidaan pistää kiertämään objekti eli tuottaa niin sanottu näkymättömyysviitta. Nyt KIT:n tutkijat ovat osoittaneet, että metamateriaaleja voidaan käyttää myös ohjaamaan lämmön siirtymistä.

Kupari on hyvä lämmönjohde kun taas piimateriaali (PDMS), on huono. Tutkijat yhdistivät ohuen kuparilevyn rengasmaisiin piirakenteisiin, jolloin syntyi materiaali, joka johtaa lämpöä eri suuntiin eri nopeuksilla. Tällä tavoin aika, joka tarvitaan piilotetun objektin kiertämiseen, voidaan kompensoida, toteaa tutkimuksen vetäjä Robert Schittny.

Kun kiinteää metallilevyä kuumennetaan toisesta reunasta, lämpö siirtyy tasaisesti toiselle puolelle. Näin myös uudella metamateriaalilla mutta lämpöä ei tunkeudu rakenteen keskiosaan eikä ulkopuolella ei ole mitään viitteitä siitä, mitä sisällä tapahtuu. Täten tekniikalla voidaan suojata jokin kohde muualta tulevalta lämmöltä.

Edelleen kehitettynä rakennetta voitaisiin soveltaa alueilla, jotka tarvitsevat tehokasta lämmönhallintaa, kuten mikrosirut, elektroniset komponentit tai sähkökoneet.

Myös valon suhteen toimivien näkymättömyystekniikoiden suhteen on tapahtunut kehitystä. Tähänastiset tekniikat toimivat varsin kapeilla aaltoalueilla mutta Stanfordin insinöörit ovat kehittäneet aiempaa laajakaistaisemman metamateriaalin.

Aiemmat saavutukset ovat perustuneet ainesosiin, joista toinen on vuorovaikutuksessa sähkökentän ja toinen magneettisen kentän kanssa. Ongelmana on saada ne toimimaan sopivasti päällekkäin, jotta vaikutus ulottuisi laajalle aallonpituusalueelle.

Standfordin tutkijaryhmä onnistui monimutkaisen matematiikan avulla tuottamaan puolikuun muotoisia rakenteita, joista sitten säännöllisenä rakenteena muodostui tavoiteltu metamateriaali. Se tuottaa negatiivisen taitekertoimen noin 250 nanometrin laajuisella aallonpituusalueella. Tutkijat uskovat, että muutamin parannuksin se voisi toimia koko näkyvän valon spektrillä.

Aiemmin keväällä University of Texas at Austinin tutkijat kehittivät näkymättömyystekniikan, joka perustuu siihen, että kohteesta ei siroa valoa. He kehittivät eräänlaisen verhon, joka interferenssin avulla kumoaa kohteesta siroavat valoaallot.

Teknisesti se olisi yksinkertaisempi kuin metamateriaalit mutta menetelmä toimii vain aallonpituuksien kokoluokassa. Kuitenkin sillä voisi realisoida optisia nanolaitteita, joilla voisi olla käyttöä biolääketieteen ja optisen instrumentoinnin parissa.