Thermally driven smart metamaterials - Université de Technologie de Belfort-Montbeliard Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Thermally driven smart metamaterials

Métamatériaux thermiques intelligents

Résumé

This thesis mainly focuses on thermal metamaterials, including thermal metadevices that can actively manipulate heat flux, and thermally responsive metamaterials that can deform in response to external heat stimuli in a controlled manner. We propose a method to design arbitrarily shaped 3D thermal cloaks with anisotropic and homogeneous material properties. Based on this approach, we study the steady-state and transient cloaking performance of multilayered cloaks. Then we propose a general road map to build thermal harvesting devices with microstructure design. The device is realized by naturally available materials. Both numerical and experimental results demonstrate good thermal harvesting performance. In addition to the above mentioned works on in-plane heat conduction control, we further propose a multilayered medium approach to flexibly manipulate out-of-plane thermal radiation. Based on this approach we realize functionalities like infrared camouflage, thermal coding and thermal illusion. Finally, we propose thermomechanical metamaterials that can generate basic deformations (translation and rotation) in reaction to heat stimuli. We verify their accurate, stable and reversible thermally induced performance by simulations and experiments. Actuation operation is also investigated.
Cette thèse porte principalement sur les métamatériaux thermiques, y compris les méta-composants thermiques qui peuvent manipuler activement un flux de chaleur, et les métamatériaux sensibles à la chaleur qui peuvent se déformer de manière contrôlée en réponse à des stimuli thermiques externes. Nous proposons une méthode pour concevoir des capes de camouflage thermique 3D de forme arbitraire. Sur la base de cette approche, nous étudions les performances de camouflage en régime permanent et transitoire. Ensuite, nous proposons une feuille de route générale pour construire des dispositifs de récupération thermique avec une conception de la microstructure. Le dispositif est réalisé avec des matériaux naturellement disponibles. Les résultats tant numériques qu'expérimentaux démontrent de bonnes performances de récupération thermique. En plus des travaux mentionnés ci-dessus sur le contrôle de la conduction thermique dans le plan, nous proposons également une approche de milieu multicouche pour manipuler de manière flexible le rayonnement thermique hors plan. Sur la base de cette approche, nous réalisons des fonctionnalités telles que le camouflage infrarouge, le codage thermique et l'illusion thermique. Enfin, nous proposons des métamatériaux thermomécaniques capables de générer des déformations élémentaires (translation et rotation) en réaction à des stimuli thermiques. Nous vérifions que les performances induites sont thermiquement précises, stables et réversibles par des simulations et des expériences. Le comportement d'actionnement est également étudié.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03454722 , version 1 (29-11-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03454722 , version 1

Citer

Qingxiang Ji. Thermally driven smart metamaterials. Materials. Université Bourgogne Franche-Comté; Harbin Institute of Technology (Chine), 2021. English. ⟨NNT : 2021UBFCD026⟩. ⟨tel-03454722⟩
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