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申请/专利权人：复旦大学

摘要：本发明属于新材料和红外技术领域，具体为一种基于相变材料的温度可调谐热电隐身斗篷及其设计方法。本发明是基于温度依赖坐标变换理论的，考虑温度相关的材料参数，将整个材料分成三个特定的区域，在每个特定区域进行不同的空间坐标变换，包括与温度有关的和与温度无关的；预设一个相变温度，与温度有关的空间坐标变换能够在该相变温度附近发生突变，然后将空间变化等价为材料的变换，这样就得到温度可调谐热电隐身斗篷的温度依赖的材料参数，从而得到温度可调谐热电隐身斗篷。通过有限元模拟验证本发明设计的可行性。本发明方法具有安全实用性，可保护信息不被泄露；本发明具有广泛的实际应用价值，比如可用于保护器件，欺骗热探测和电探测等。

主权项：1.一种温度可调谐的热电隐身斗篷的设计方法，是基于温度依赖坐标变换理论的，考虑温度相关的材料参数，将整个材料分成三个特定的区域，在每个特定区域进行不同的空间坐标变换，包括与温度有关的和与温度无关的；预设一个相变温度，与温度有关的空间坐标变换能够在该相变温度附近发生突变，然后将空间变化等价为材料的变换，这样就得到温度可调谐热电隐身斗篷的温度依赖的材料参数，从而得到温度可调谐热电隐身斗篷；具体步骤如下：由于热电效应中的热场和电场通过塞贝克系数来耦合，并考虑热导率、电导率、塞贝克系数是温度相关的，在热电介质上施加温度差和电势差，产生电流和热流的耦合输运项，热电效应中热电场控制方程为： 其中，J和JQ分别代表电流密度矢量和热流密度矢量，σT、κT和ST分别是与温度有关的电导率、热导率和塞贝克系数的二阶张量表达式，μ和T分别代表电化学势和温度，上标τ为转置符号；对热电控制方程使用温度依赖变换理论，考虑温度依赖的材料参数，使用三种空间坐标变换，变换后的热导率、电导率和塞贝克系数公式为： 其中，A代表三种空间坐标变换对应的雅克比矩阵，分别写为A1，A2，A3；公式2中的detA为雅克比变换矩阵的行列式，Aτ为雅克比变换矩阵的转置；如果变换前的塞贝克系数是各向同性的，其在变换前后保持不变，具体为：S′T＝ST＝γT，γ是常数；变换前的热导率为：κT＝α+βTn，α、β和n都是常数；变换前的电导率为：σT＝αT-1L+βTn-1L；根据经典的魏德曼-弗兰兹定律，热导率和电导率之间满足关系：κσ＝LT，L是洛伦兹数；下面对三种空间坐标变换分别进行阐述，先考虑二维情况；第一种，是与温度无关的普通斗篷对应的空间坐标变换，从虚拟空间r，θ到物理空间r′，θ′的坐标变换公式为： 其中，r1和r2分别是温度可调谐热电隐身斗篷的内径和外径；第二种，是与温度有关的空间坐标变换，变换公式为： 其中，η是尺度系数，TC是相变温度，rm是介于r1和r2之间的一个值，坐标变换在相变温度周围发生突变，当环境温度大于相变温度时：当环境温度小于相变温度时：第三种，也是与温度有关的空间坐标变换，变换公式为： 其中，坐标变换也在相变界温度周围发生突变，突变的结果与公式4相反；当环境温度低于相变温度时：当环境温度高于相变温度时：将这三种空间坐标变换转换成材料参数的变换，即得到温度可调谐热电隐身斗篷的参数；空间坐标变换3对应的雅可比变换矩阵表达式为： 空间坐标变换4对应的雅可比变换矩阵表达式为： 空间坐标变换5对应的雅可比变换矩阵表达式为： 将公式6、7、8代入公式2，即到温度可调谐热电隐身斗篷各特定区域的材料参数热导率、电导率和塞贝克系数；对于三维情况，三维空间坐标变换的雅克比变换矩阵表达式为公式9： 将公式3、4、5分别代入公式9，就得到三种空间坐标变换分别对应的雅可比变换矩阵，将三种雅克比变换矩阵分别代入公式2，就得到三维温度可调谐热电隐身斗篷中三个特定区域所需的材料参数热导率、电导率和塞贝克系数。

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