近日，课题组在热学调控领域取得重要进展。刘一超老师和齐雅雯博士生为该研究的共同第一作者。

基于变换热学与主动热学超表面技术，设计并实验验证了一种“热超散射体”，能够将小尺寸、任意形状和热导率的热散射体的热信号放大，模拟出更大尺寸物体的热效应，从而突破物理尺寸对热信号调控的限制。

该成果以“Active Thermal Metasurfaces Enable Superscattering of Thermal Signatures Across Arbitrary Shapes and Thermal Conductivities”为题，发表于国际著名学术期刊《Advanced Science》。

文章被微信公众号《超材料前沿》和《超材料世界》报道

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文章被国外科研媒体Nanowerk Spotlight报道

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文章被Fundamental Density Theory Research Institute的Manuel Alfaro进行了详细解读和验证

在热管理、热伪装和能源利用等领域，如何在不改变物体实际尺寸和材料的情况下调控其热信号，一直是一个重要挑战。传统热散射调控往往受限于物体本身的几何尺寸和热导率。

课题组从光学领域的“超散射”概念中获得灵感，将其成功拓展至热学领域。该研究提出了一种通用的热超散射体设计方法：将一个任意形状、任意热导率的小型热散射体，封装在一个经过设计的、具有等效负热导特性的外壳中。

该外壳由正热导材料结合主动热学超表面（Active Thermal Metasurfaces， ATMs）阵列实现，无需难以实现的负热导材料。

这种复合结构产生的热扰动区域，远大于其自身的几何尺寸，其外部热信号（温度场与热流分布）与一个经过坐标变换后的、尺寸放大的“虚拟”热散射体完全等效。

研究团队展示了三类典型的热学幻觉效应：

超隔热散射： 一个小型隔热区域，结合ATMs外壳，可模拟出大得多的隔热区域的热屏蔽效果，实现“热学上不可达却仍可感知”的虚拟隔热边界。

超导热散射： 一个小型高导热区域，结合ATMs外壳，可模拟出大面积高导热区域对热流的汇聚和引导作用，有望用于高效热能收集。

等效热透明： 在外部热背景中实现“隐身”，同时内部仍可进行独立的热管理，而不干扰外部热场。

尤为重要的是，团队通过精巧的ATM阵列设计，成功在实验中验证了“超隔热散射”效应。

团队将一个半径仅为10毫米的小型隔热圆孔，与10个按特定功率分布的ATM相结合，结果在外部观测到的热信号，与一个半径放大9倍（达90毫米）的大型隔热圆孔几乎完全一致，清晰证实了热散射截面可被有效放大。

这项研究不仅首次在实验上实现了热超散射效应，更提供了一套普适的设计框架。

该技术有望应用于热伪装（如制造虚拟热目标或隐藏真实热特征）、高性能热吸收器/发射源，以及需要突破空间限制的先进热管理系统中，为热信号的主动调控开辟了新范式。

该研究工作得到了国家自然科学基金（项目号：12374277, 12274317, 61971300, 61905208, 11604292）、山西省自然科学基金（202303021211054）以及山西省高等学校青年科研创新支持计划（2025Q006）的资助。

论文链接： https://doi.org/10.1002/advs.202519386

引用格式： Yichao Liu#, Yawen Qi#, et al. Active Thermal Metasurfaces Enable Superscattering of Thermal Signatures Across Arbitrary Shapes and Thermal Conductivities. Advanced Science, 2025, e19386.