中国科大在电热晶格超材料设计方面取得新进展
可编程电热超材料为电、热场的定制化协同调控提供了统一平台，突破了传统静态设计的局限。然而，在材料性能固定或结构受几何约束的系统中，如何对本质上相互耦合的电、热双场实现独立调控，仍是一项核心挑战。
近日，中国科学技术大学信息科学技术学院与工程科学学院的超材料联合研究团队，率先提出基于电热晶格超材料（ETLM）的电热双场元器件，以创新设计破解电、热场协同调控难题。相关研究成果以“Electrothermal Lattice Metamaterials for Concurrent Electric and Thermal Fields Control of Dual-Functional Meta-Devices”为题，发表于材料领域国际顶级期刊《Advanced Materials》。
图. 电热晶格超材料（ETLM）的结构设计与工作原理示意图
研究团队采用模块化设计策略，通过高导热/高导电桥将单个晶格单元相互连接，确保相邻单元之间的场梯度趋近于零，从而实现超材料内部高效且无失真的能量传输。同时，晶格单元采用低高度造型，连接桥则设计为更高结构，以增强定向传导性能。借助这一统一的拓扑框架，仅需调整晶格单元的空间位置与几何形态，即可实现电、热场的协同塑形，完成场隐身、场聚集与场旋转等多种功能，突破了传统双场超材料的静态设计局限与调控耦合难题。这种基于几何逻辑的超材料设计范式，为复杂多物理场环境下的智能能源管理、场响应电子器件及可定制超器件的研发开辟了新路径。
研究人员表示，未来若进一步优化晶格单元的设计与制备工艺，有望进一步提升ETLM的调控精度与应用范围，推动超材料在更多高端技术领域的实际应用。该策略不仅为电热调控技术提供了新的解决方案，也为多物理场超材料的发展提供了可复制的创新思路。
论文的第一作者为中国科学技术大学硕士生李佳昌、博士生曹先荣和本科生张子昂；通讯作者为中国科学技术大学曹先荣博士、叶宏教授、何立群教授和赵刚教授。研究工作得到了中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项（B类先导专项）、国家自然科学基金项目以及国家重点研发计划的支持。