【摘要】：當(dāng)今,對(duì)可持續(xù)能源日益增長(zhǎng)的需求,導(dǎo)致了對(duì)性能優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)獲取能源方法的迫切需求。近場(chǎng)熱輻射的研究,成為了加速能源收集系統(tǒng)高效輸出的一個(gè)最具發(fā)展前景的方向。在不同溫度下,當(dāng)兩個(gè)物體的距離遠(yuǎn)小于熱輻射的特征波長(zhǎng)時(shí),此時(shí)它們之間的近場(chǎng)熱輻射可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)著名的黑體限制。這種效應(yīng)是由從每個(gè)物體發(fā)出的倏逝波耦合幫助光子穿過(guò)縫隙引起的,稱(chēng)之為光子隧穿。所以,在過(guò)去幾十年里,近場(chǎng)熱輻射無(wú)論是在理論上還是實(shí)驗(yàn)中都得到了很大的關(guān)注,輻射熱傳輸?shù)膽?yīng)用很廣泛,從熱成像、輻射冷卻、熱光生電系統(tǒng)到熱能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域都有涉及。各種各樣的結(jié)構(gòu)和新型材料被提出用來(lái)提高近場(chǎng)輻射熱傳輸。超材料、雙曲超材料、碳化硅薄膜覆蓋超材料等等材料結(jié)構(gòu)都被提出用來(lái)增強(qiáng)近場(chǎng)熱輻射。繼續(xù)努力探索可以產(chǎn)生巨大傳熱率的新型材料或結(jié)構(gòu),從而解決熱光伏器件的傳輸問(wèn)題。THz波的輻射傳輸也是一個(gè)有趣的研究課題。特別是在近場(chǎng)范圍,太赫茲波對(duì)輻射傳輸?shù)呢暙I(xiàn)也是值得探究的。在諧振模式下,如在表面聲子極化(SPhPs)和表面等離子體激元(SPPs)等模式的作用下,兩個(gè)物體之間近場(chǎng)輻射熱傳遞可以顯著增強(qiáng)。對(duì)于金屬材料來(lái)說(shuō),其有限傳導(dǎo)率或介質(zhì)材料的高吸收系數(shù)會(huì)造成能量高損耗,而石墨烯材料的出現(xiàn)彌補(bǔ)了它的不足,石墨烯材料就是一種可以支持從太赫茲到中紅外頻率表面等離激元傳播的材料。石墨烯納米材料,它是由蜂窩晶體狀的單層碳原子排列而成的二維結(jié)構(gòu),具有優(yōu)異的光學(xué)和電子特性使其得到了廣泛的關(guān)注。與金屬材料相比,基于石墨烯材料的石墨烯等離激元(GSPPs)可以把電磁場(chǎng)限制在亞波長(zhǎng)尺度范圍內(nèi)。此外,GSPPs還可以通過(guò)外加偏壓和化學(xué)摻雜的方式實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。在本文中,我們?cè)O(shè)計(jì)了幾種基于石墨烯材料來(lái)提高近場(chǎng)熱輻射的新型結(jié)構(gòu)。首先利用石墨烯和超材料的結(jié)合,基于石墨烯的表面等離子激元(SPs)和超材料的SPs耦合實(shí)現(xiàn)了近場(chǎng)熱輻射的增強(qiáng)。其次,討論了太赫茲(THz)波對(duì)近場(chǎng)熱輻射的貢獻(xiàn),利用石墨烯和硅材料堆疊成的雙曲超材料結(jié)構(gòu),由于雙曲超材料存在連續(xù)的雙曲模式,實(shí)現(xiàn)輻射熱傳輸在整個(gè)THz范圍內(nèi)的提高,同時(shí),利用石墨烯等離激元的傳播可以通過(guò)化學(xué)勢(shì)來(lái)改變,實(shí)現(xiàn)對(duì)近場(chǎng)熱輻射的動(dòng)態(tài)控制。最后,充分利用兩個(gè)單層共面石墨烯納米帶結(jié)構(gòu)的石墨烯等離激元耦合實(shí)現(xiàn)高速和超緊湊的太赫茲器件。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TQ127.11
【圖文】：

Wd d時(shí)，物體之間熱傳輸會(huì)增強(qiáng)幾個(gè)數(shù)量級(jí)。所考慮的模型如圖1.1所示，則兩材料之間的輻射熱流可以由下面的表達(dá)式給出： 02 221 2/31 2 20 0 21 21 1[ ]81zj jczj jik dR RS d n n d qR R e 00221 231 2 20 / 21 2Im Im[ ]21zzj jk dc j jik dR R ed n n d qR R e (1.2)其中 /1,T1Bk Tne ，q 表示平行波矢分量，z0k 表示垂直于介質(zhì)表面的波

圖 1.2 （a）和（b）分別代表了石墨烯電導(dǎo)率的實(shí)部和虛部與頻率的關(guān)系，（c）和（d）分別代表了相對(duì)介電常數(shù)的實(shí)部和虛部隨頻率的變化，其中（a）和（c）對(duì)應(yīng)的化學(xué)勢(shì) 0.15eV，（b）和（d）對(duì)應(yīng)的化學(xué)勢(shì) 0.05eV。

圖 1.3 電導(dǎo)率的（a）實(shí)部和（b）虛部與化學(xué)勢(shì)和頻率的關(guān)系圖。圖 1.2（a）和 1.2（b）表示了石墨烯電導(dǎo)率的實(shí)部和虛部隨頻率的變化，化學(xué)勢(shì)從 0.15eV 變成 0.05eV，紅色線條代表虛部，藍(lán)色線條代表實(shí)部。正如所預(yù)期的，石墨烯的電導(dǎo)率與化學(xué)勢(shì)之間存在一定的關(guān)聯(lián)，對(duì)于一個(gè)給定的

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 韓茂華;梁新剛;;球形粒子的近場(chǎng)輻射換熱研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2007年01期

2 黃勇,梁新剛;球形微粒子近場(chǎng)輻射換熱研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2004年02期

本文編號(hào)：2747273