Superúčinné termální kryty. Kredit: Shelly Zhang/MISSION LAB.

Teplo je fajn, ale někdy představuje problém. Může určitý objekt či zařízení ohrozit anebo ho naopak prozradit. Xiaojia Shelly Zhangová z University of Illinois Urbana-Champaign a její kolegové navrhli a postavili první trojrozměrné zařízení, které dokáže učinit objekty termálně „neviditelnými“ ze všech stran. Jde o průlom, jenž by mohl změnit způsob ochrany citlivé elektroniky, řízení odvodu tepla z mikročipů i maskování objektů před detekcí kvůli teplu.

Nový termální kryt dokáže skrýt objekty téměř libovolného tvaru před infračervenými kamerami a zároveň je chrání před extrémními teplotami. Na rozdíl od dřívějších konstrukcí, které fungovaly ve dvou rozměrech nebo jen při příchodu tepla z jednoho směru, je nový kryt účinný prakticky ze všech směrů. Nejde přitom o pouhé blokování tepla. Infračervená kamera zaznamená scénu, kde se nachází takový kryt, jako by na daném místě vůbec nic nebylo.

Xiaojia Shelly Zhang. Kredit: University of Illinois at Urbana-Champaign.

Jak říká Zhangová, skutečný termální kryt musí fungovat bez ohledu na to, odkud teplo přichází. Nové zařízení dokáže ukrýt složitý trojrozměrný objekt ze všech směrů a zároveň udržovat uvnitř stabilní a chráněnou teplotu.“

Jejich řešení představuje nový typ mřížkového materiálu, jehož vlastnosti lze nezávisle nastavovat ve třech směrech. Úpravou těchto parametrů mohou výzkumníci velmi přesně řídit tepelnou vodivost jednotlivých oblastí materiálu. Taková konstrukce nabízí mnohem širší rozsah tepelných vodivostí než dosavadní přístupy.

Nový termální kryt vznikl jako simulace a vědci ho pak také vyrobili a experimentálně otestovali. Využívá hybridní materiál. Zhangová a spol. nejprve pomocí 3D tisku vytvořili hliníkovou mřížku s vysokou tepelnou vodivostí, jejíž dutiny následně vyplnili pryžovitým materiálem s nízkou tepelnou vodivostí.

Logo. Kredit: University of Illinois at Urbana-Champaign.

Při laboratorních testech umístili zařízení mezi horkou a studenou oblast, čímž vytvořili teplotní gradient. Pomocí infračervené kamery sledovali, jak se teplo kolem krytu šíří, a také to, jak zamaskovaný objekt není vidět. Uvnitř chráněného prostoru přitom zůstávala teplota rovnoměrná a izolovaná od okolních teplotních extrémů. Vědci rovněž úspěšně otestovali maskování složitých trojrozměrných objektů, včetně detailně tvarovaných modelů připomínajících lidskou hlavu.

Uplatnění může být velmi široké. Termální kryt může zajistit například přesně nastavené odvádění tepla u citlivých elektronických součástek, nebo se třeba může prosadit v bezpečnostních a obranných aplikacích, například při maskování osob či techniky před termovizními systémy nebo při ochraně zařízení v extrémních podmínkách.

Video: New 3D thermal cloak hides objects from heat in any direction

Literatura

University of Illinois at Urbana-Champaign 13. 7. 2026.

Nature Communications 17: 5739.