层状超材料的热力学与力学性能的理论洞察
应用物理
2026-03-23 v2
摘要
天然材料中超低热导率与高机械刚度之间的固有权衡限制了其在高级应用中的实用性。鼓舞于层状蜂巢结构的独特构型，本研究引入了一类新型超材料，以克服这些限制。通过系统探索单元构型和堆叠方式，我们展示了类似于 rhombohedral 石墨堆叠的 zig-zag 内部构型可优化热绝缘性能，同时保持相对较高的机械刚度。我们的有限元仿真预测，这些层状结构可实现 12.5 mW/(m·K) 的热导率，采用氧化锆作为构件材料，理论上优于当前陶瓷气凝胃，同时保持稳健的机械稳定性。这一新方法为设计下一代超绝缘材料提供了可能性，这些材料具有可定制的机械性能，使其能够应用于极端环境、轻型航空结构和先进热管理系统。
引用
@article{arxiv.2411.18698,
title = {Theoretical Insights into Layered Metamaterials with Enhanced Thermal and Mechanical Properties},
author = {Hossein Rokni and Patrick Singleton and Yuanlong Zheng and Connor Blake and Haoran Lin and Shuolong Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.18698},
year = {2026}
}
备注
10 pages, 3 figures, 2 supporting figures