超构材料（metamaterial）是一类特殊的材料，其新奇的物理性质由材料的几何结构而非材料本身的物理性质决定，人们把这种材料称作超构材料以彰显几何结构在其中的关键作用。1990年代起，超构材料在电磁学(含光学)、声学领域得到广泛研究。电磁学和声学都遵循波动方程，利用某种基于坐标变换的方法人们可以研究和操控波动方程，进而设计出具有隐身功能的光学和声学超构材料。然而热传导满足的是扩散方程，扩散方程和波动方程的物理机制迥异，因此以扩散方程为主导的热学超构材料的研究进展缓慢。
早在2008年，黄吉平课题组率先利用变换热学(transformation thermotics)理论提出了热学隐身衣的设计原理（Applied Physics Letters, 92, 251907 （2008））。欲了解之，不妨假想一个简单的场景：有一束热流在均匀铜片（或其他任何均匀材料）中流动，按照日常经验，铜片内的热流会沿直线传播。这时，假设热流和铜片都突然被“冻结”，然后，扭曲或挤压铜片（假设铜片允许任意扭曲、挤压），热流在铜片里也会相应地被扭曲或挤压，不再沿直线传播。此时，热流的非直线传播现象并不影响继续使用描述宏观传热的热传导方程，只是此时铜片不再均匀，其材料性质（例如用于描述热传导的热导率）发生了变化。更进一步，如果下次直接让同样的一束热流以同样的角度流进这个被扭曲或挤压之后的铜片，这束热流的路径必然与先前的非直线路径一致。这个现象看起来有点显然，然而其中却蕴含一个科学原理，而这原理正是变换热学理论的核心，它就是“热传导方程的形式不变性”，即：热传导方程既适用于扭曲或挤压之前的均匀空间，也适用于扭曲或挤压之后的非均匀空间。对于前者，方程中涉及的热导率不仅均匀而且各向同性；对于后者，热导率可以非均匀且各向异性。但是，这两种热导率之间存在确定的定量关系，其可以由关联这两个不同空间几何结构的雅可比矩阵直接给定。鉴此，可以这么说，这里的非均匀且各项异性的热导率的本质源于空间几何结构的改变。人们把这种通过空间几何结构变换确定材料热学性质（如热导率分布）的新的理论方法叫做变换热学。
变换热学给物理学家的一个启发是：人们可以基于这种方法，设计材料的几何结构，使得热流能够绕过某个特定的区域继续传播而不改变原先的传播方向，从而使得该特定区域内的物体不影响区域外的热流分布，也就是说，这个物体实现了热隐身。热隐身是个全新的物理概念，它于2008年被黄吉平课题组理论预言（Applied Physics Letters, 92, 251907 （2008））；自2012年至今，《物理评论快报》上已经发表五篇实验论文，这些论文都对这一理论预言给出了不同的实验验证。例如：有研究人员实验制备了一种多层结构，用于实现热隐身；后来，有学者进一步简化，仅用双层结构就能方便地实现热隐身效果。迄今，这个领域已经收到来自《科学》、《自然》、《自然·材料》的积极关注，它们已发表四篇专题报道或综述论文，此外，《科学》还采访、报道了黄吉平教授。
之前的这些热隐身实验能够去除器件内部物体对外部温度场的干扰，从而达到热隐身效果，但是，这些隐身衣并不具有开关功能，从实用性角度看，还有进一步发展的空间。事实上，之前所有的变换热学研究（包括理论研究和实验验证）中，人们都没有考虑温度对热导率本身的影响，鉴此，可以把热导率不随温度变化的变换热学叫做线性变换热学。
最近，黄吉平课题组提出非线性变换热学理论，该理论可以用于处理热导率随温度变化的情形。他们研究发现，该理论可以用于设计能够自动开启或关闭的热隐身衣：当环境温度上升到某个阈值之后，A型隐身衣将关闭隐身功能，而B型隐身衣则会开启隐身功能。并且，此过程完全是材料自发完成的，不需要额外输入能量。利用A、B型隐身衣还可以实现宏观热流二极管——与电子二极管对电流的单向整流作用类似，这种热流二极管只允许热流单方向通过，他们实验上也成功实现了这样的整流效果。热流二极管有望成为热计算的基础元件，例如，通过与传统计算机的杂化，人们未来也许能够使用计算产生的废热进行二次计算从而提高能源的利用率，并提高运算效率。
该工作相关论文以“Temperature-Dependent Transformation Thermotics: From Switchable Thermal Cloaks to Macroscopic Thermal Diodes”为标题，于2015年11月5日作为封面文章在《物理评论快报》发表（Phys. Rev. Lett. 115, 195503 （2015）；链接：http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.115.195503）。本文通讯作者是黄吉平教授。
该工作得到了国家自然科学基金(11222544, 11572090)、霍英东教育基金会（131008）、教育部新世纪优秀人才（NCET-12-0121）和科技部973项目(2011CB922004)支持。
变换热学 (a) 热流（用带箭头的直线表示）在均匀铜片中直线传播；(b) 该铜片被扭曲或挤压后热流在其中的传播路径。宏观热传导方程对(a)(b)皆适用: 对于(a)，该方程用到的热导率不仅均匀而且各项同性；对于(b)，该方程用到的热导率可以非均匀且各项异性。但是，这两种热导率之间存在确定的定量关系，其可以通过雅可比矩阵把(a)(b)的空间几何结构关联起来而确定。换言之，(b)中的热导率可以视为是由空间几何结构确定的。人们把这种通过空间几何结构变换确定材料热学性质（含热导率分布）的新的理论方法叫做变换热学。于是，人们也把基于变换热学理论设计的材料叫做热学超构材料，以便彰显几何结构在材料设计中的关键作用。
宏观热流二极管 (a)、(b)是示意图； (c)、(d)是实验测试结果；(a)、(c):热流不能从右向左流；(b)、(d)热流能够从左向右流。