Nature子刊：3D打印铝橡胶混合“热隐身衣”，可使物体全方位免受热源干扰

2026年7月，南极熊获悉，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的工程师们设计并制造出了首个可以使物体全方位隐身且免受热源影响的3D物理装置，这项技术的潜在用途包括：保护敏感的电子设备、管理微芯片中的热量以及屏蔽人员和设备免受红外探测。

△伊利诺伊大学的工程师们推出了一种 3D 打印的铝橡胶混合隐形装置，该装置通过引导热量绕过物体来阻挡物体的热特征，使其对红外摄像机不可见。

相关研究以题为“Free-form thermal cloaks inthree dimensions”的论文发表在《自然通讯》杂志上。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 土木与环境工程教授 Shelly Zhang、博士后研究员 Weichen Li 和研究生 Yibo Wang 与丹麦技术大学的 Ole Sigmund 教授合作开展了这项研究，。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-73167-0

这种新型热隐形装置几乎可以使任何形状的物体在红外摄像机的探测下隐形，同时还能保护物体免受极端温度的影响。与以往只能在二维或单方向上工作的装置不同，这种新型装置几乎可以在任何方向上工作。热隐形装置并非简单地阻挡热量，而是引导热量绕过物体，从而使红外摄像机无法捕捉到物体的存在。

△张雪莉，土木与环境工程教授

张教授表示：“真正的隔热斗篷应该无论热源来自哪里都能发挥作用。我们的装置可以向无限多个方向隐藏复杂的3D物体，同时保持内部温度稳定和安全。”

过去的实验只能在二维空间或沿单一热流方向进行，远未达到真正三维隐形斗篷的理想状态。为了解决这个问题，研究团队回归到最初的转变热学理论，并提出这样的问题：“什么样的材料结构能够涵盖完美隐形斗篷所需的几乎所有热学特性？”

他们的答案是一种新型的晶格材料，这种材料可以在三个方向上自由调节。通过调整这些尺寸，研究人员可以精确控制不同区域的导热性能。这种设计涵盖的热导率范围比以往的方法要广得多，足以满足理想隐身的理论要求。

△旋转对称 3D 自由曲面全向热隐身衣的实现及其性能。

团队研发的热隐身斗篷并非仅仅是计算机模型——它已经过实物制造和测试。热隐身斗篷装置采用混合材料，利用3D打印铝合金构建出精密的晶格结构，作为高导热材料。然后，采用模铸工艺，用低导热性的橡胶状材料填充晶格结构。

在实验室里，研究人员将装置放置在冷热区域之间，以形成温度梯度。他们利用红外摄像机追踪热量在斗篷周围和内部的流动情况。从外部观察，温度场看起来就像斗篷下隐藏的物体根本不存在一样。在斗篷内部，温度保持均匀，不受外部极端温度的影响。

为了进一步挑战他们的设计，研究团队尝试了高度复杂的三维几何形状，包括精细的头部状结构。他们表示，此前没有任何实验性的热隐形装置能够达到如此高的几何复杂性和性能水平。

研究人员设想这项技术具有广泛的应用前景，从精确控制敏感电子元件周围的热量，到安全和国防用途，例如帮助人员或设备躲避热探测，或在恶劣条件下保护资产。

张教授表示：“任何需要精确控制热量或需要防止热探测的领域都能从这项研究中受益。但我们也看到它更广泛的应用：它关乎隐藏和保护热能携带的信息。”

展望未来，研究团队计划探索智能多功能隐形斗篷。例如，研究人员希望找到一种方法，能够掩盖斗篷内自身发热的物体。这就需要一种能够根据需要集中、扩散或引导受保护区域内热量的隐形斗篷。

张教授表示：“我们已经证明，真正的三维全方位热隐身斗篷是可行的。下一步是制造出不仅能隐藏和保护，还能以有效方式主动操控热量的隐身斗篷。”

这项研究得到了美国国家科学基金会、维勒姆基金会和空军科学研究办公室的支持。张教授还隶属于  伊利诺伊大学机械科学与工程系 以及 国家超级计算应用中心。