Диффузионный метаматериал

В этой статье есть несколько проблем. Помогите улучшить ее или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти сообщения ) Эта статья может оказаться слишком сложной для понимания большинством читателей .Пожалуйста, помогите улучшить его, чтобы сделать его понятным для неспециалистов , не удаляя технические детали. ( Ноябрь 2023 )( Узнайте, как и когда удалить это сообщение ) Эту статью , возможно, придется переписать, чтобы она соответствовала стандартам качества Википедии .Вы можете помочь. Страница обсуждения может содержать предложения. ( Ноябрь 2023 ) Тема этой статьи может не соответствовать общим правилам значимости Википедии . Please help to demonstrate the notability of the topic by citing reliable secondary sources that are independent of the topic and provide significant coverage of it beyond a mere trivial mention. If notability cannot be shown, the article is likely to be merged, redirected, or deleted. Find sources: "Diffusion metamaterial" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (November 2023) (Learn how and when to remove this message) (Learn how and when to remove this message)

Диффузионные метаматериалы ^{[1] [2]} являются подмножеством семейства метаматериалов , которое в основном включает термические метаматериалы, метаматериалы диффузии частиц и метаматериалы диффузии плазмы. В настоящее время термические метаматериалы играют ключевую роль в области диффузионных метаматериалов. Приложения диффузионных метаматериалов охватывают различные области, включая управление теплом, химическое зондирование и управление плазмой, предлагая возможности, превосходящие возможности традиционных материалов и устройств.

В 1968 году Веселаго ввел понятие отрицательного показателя преломления. ^[3] Впоследствии Джон Пендри осознал потенциал использования искусственных микроструктур для достижения нетрадиционных электромагнитных свойств. Он провел пионерские исследования с использованием массивов металлических проводов ^[4] и структур с разрезными кольцами. ^[5] Его новаторский вклад ^{[4] [5]} вызвал всплеск интереса к области электромагнитных или оптических метаматериалов. Исследователи начали сосредотачиваться на манипулировании поперечными волнами через метаматериалы, концепции, управляемой уравнениями Максвелла, которые служат волновыми уравнениями.

В 2000 году Пин Шэн раскрыл явление локального резонанса в звуковых материалах, ^[6] которые обладают свойствами продольных волн. Это открытие расширило горизонты исследования метаматериалов, чтобы охватить другие волновые системы. Это расширение включало уравнения управления, такие как уравнение акустической волны и уравнение упругой волны.

В 2008 году Цзи-Пин Хуан расширил применение метаматериалов на системы термодиффузии. ^[7] Его первоначальные исследования были сосредоточены на уравнениях теплопроводности в стационарном состоянии. Используя теорию преобразования, он ввел концепцию тепловой маскировки. ^[7] В 2013 году применение метаматериалов было дополнительно распространено на системы диффузии частиц, с первым предложением о маскировке диффузии частиц в условиях низкой диффузии. ^[8] Впоследствии, в 2022 году, метаматериалы были применены к системам плазменной диффузии, ^[9] где теория преобразования использовалась для проектирования функциональных устройств, способных демонстрировать несколько новых явлений, включая маскировку.

Современные исследователи могут разделить сферу метаматериалов на три основные ветви, ^[1] каждая из которых определяется своими основными уравнениями: электромагнитные и оптические волновые метаматериалы, которые включают уравнения Максвелла для поперечных волн; другие волновые метаматериалы, которые включают различные волновые уравнения для продольных и поперечных волн; и диффузионные метаматериалы, которые включают диффузионные процессы, описываемые уравнениями диффузии. ^{[1] [10]} В диффузионных метаматериалах, которые предназначены для управления различными диффузионными поведениями, ключевым измерением является длина диффузии. Эта метрика меняется со временем, но остается неизмененной при изменении частоты. С другой стороны, волновые метаматериалы, спроектированные для изменения различных режимов распространения волн, полагаются на длину входящих волн как на свою критическую размерность. Это значение постоянно во времени, но изменяется с частотой. По сути, фундаментальная метрика для диффузионных метаматериалов заметно отличается от метрики волновых метаматериалов, что показывает взаимосвязь взаимодополняемости между ними.

Он обозначает теоретическую методологию, которая связывает пространственные геометрические структурные параметры с физическими свойствами, такими как теплопроводность. Это достигается посредством применения преобразований координат между двумя отдельными пространственными доменами. ^[7] Его корни можно проследить до области трансформационной оптики, изначально задуманной для волновых систем. ^[11]

Диффузионные метаматериалы могут быть созданы путем явного решения соответствующих уравнений диффузии с учетом подходящих граничных условий, таких как уравнения теплопроводности. ^{[12] [13]}

Яркими примерами теорий эффективной среды являются теория Максвелла-Гарнетта ^{[14] [15]} и теория Бруггемана. ^[16]

Этот метод предлагается на основе отмены соответствующих физических величин, таких как температурные возмущения. ^{[12] [13]}

Этот метод основан на различных типах фазовых переходов и может быть использован для создания диффузионных метаматериалов с новыми свойствами, такими как термостат с нулевым потреблением энергии ^[17] и тепловая метатерраса ^{[18] .}

Он охватывает моделирование методом конечных элементов, ^[19] машинное обучение, ^[20] оптимизацию топологии, ^[21] оптимизацию роя частиц ^[22] и аналогичные методы. ^[23]

В соответствии с определением, метаматериалы должны обладать характерной длиной. Например, электромагнитные или оптические метаматериалы используют падающие длины волн в качестве своих характерных длин, а их структурные элементы (значительно) меньше по размеру по сравнению с этими характерными длинами. Этот принцип проектирования позволяет нам получить представление об уникальных свойствах этих искусственно созданных материалов через призму теории эффективной среды. ^[1]

Аналогично, диффузионные метаматериалы обладают аналогичными характерными масштабами длины. ^[1] Если взять в качестве примера термические метаматериалы, то характерной длиной для проводящих термических метаматериалов является длина термической диффузии. ^[24] Конвективные термические метаматериалы характеризуются длиной миграции жидкости, тогда как излучательные термические метаматериалы зависят от длины волны теплового излучения.

Диффузионные метаматериалы нашли множество практических применений. В области термических метаматериалов структура термического плаща использовалась для обеспечения инфракрасной тепловой защиты в подземных убежищах. ^[25] Конструкции термических метаматериалов использовались для управления теплом в электронных устройствах, ^[26] а пленки с радиационным охлаждением использовались в коммерческих приложениях. ^[27]