本文選題：多孔材料　切入點：微結(jié)構(gòu)　出處：《哈爾濱工業(yè)大學》2017年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：微結(jié)構(gòu)因能夠激發(fā)光子隧道、表面等離子基元、磁極化、微腔諧振等一系列的微尺度輻射效應(yīng),在光譜輻射調(diào)控、紅外探測、能量轉(zhuǎn)化等方面有重要的應(yīng)用。微尺度輻射現(xiàn)已成為熱輻射領(lǐng)域重要的研究課題之一。國內(nèi)外學者對表面微結(jié)構(gòu)的微尺度輻射特性進行了廣泛而深入的研究,而關(guān)于空間微結(jié)構(gòu)的研究較少。高孔隙率金屬材料涉及光譜選擇性、多體散射性,具有復(fù)雜的空間微結(jié)構(gòu),其微尺度輻射特性較為復(fù)雜,因此,對其微尺度輻射傳輸?shù)难芯烤哂兄匾饬x。本文主要采用時域有限差分法,研究了高孔隙率金屬材料的微尺度輻射特性,目的是通過空間微結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光譜調(diào)控。主要內(nèi)容和結(jié)論包括:建立了銀立方體元胞結(jié)構(gòu)模型,基于電磁散射理論,研究元胞結(jié)構(gòu)在可見光波段的微尺度輻射特性。分析了元胞結(jié)構(gòu)的空間電場和坡印廷矢量分布,認為當電場、坡印廷矢量與元胞肋筋產(chǎn)生較強的相互作用時,元胞結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出較強的吸收特性�？疾炝私Y(jié)構(gòu)的變化對立方體元胞輻射特性的影響,發(fā)現(xiàn)方腔結(jié)構(gòu)的衰減特性最強。開展了立方體層狀結(jié)構(gòu)可見光波段輻射特性研究。為了保證計算的準確性,提出了誤差收斂測試方法。分析了立方體單元胞結(jié)構(gòu)、單層立方體多孔結(jié)構(gòu)和無限大平板結(jié)構(gòu)吸收特性的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)單層立方體多孔結(jié)構(gòu)可有效改變光譜輻射特性,其輻射能力不是單元胞結(jié)構(gòu)的線性相加�？紤]了孔隙率、傾斜角對單層立方體多孔結(jié)構(gòu)吸收特性的影響,結(jié)果表明孔隙率和傾斜角對吸收特性都有較大影響,不同的孔隙率下,單層立方體多孔結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的強、中、弱三個區(qū)域,而傾斜角對吸收的影響沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。分析了多層立方體多孔結(jié)構(gòu)的吸收特性和空間坡印廷矢量分布,發(fā)現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)在0.457μm產(chǎn)生吸收強化現(xiàn)象,三層結(jié)構(gòu)對0.35~0.55μm波段的可見光具有選擇透過性。建立了球形空心鋁元胞結(jié)構(gòu)和單層球形空心鋁結(jié)構(gòu)模型,研究五種孔隙率下的單元胞結(jié)構(gòu)紅外波段的輻射衰減特性,發(fā)現(xiàn)該種結(jié)構(gòu)在紅外波段具有很強的散射能力,而吸收能力幾乎為零。比較了單層球形空心鋁結(jié)構(gòu)Drude模型與n,k模型吸收能力的變化,發(fā)現(xiàn)兩種模型得到的吸收率的變化趨勢是一致的,在吸收能力的數(shù)值上,大小會有所差別�？疾炝薙i基、SiO2基和表面覆蓋單層石墨烯對單層球形空心鋁結(jié)構(gòu)吸收能力的影響,發(fā)現(xiàn)Si基結(jié)構(gòu)在1~6μm波段有一定的強化吸收作用,當在球形空心鋁結(jié)構(gòu)表面覆蓋一層石墨烯時,并未發(fā)現(xiàn)石墨烯強化吸收的效果。
[Abstract]:Micro structure due to excitation photon tunneling, surface plasmon, magnetic polarization, micro cavity and a series of micro scale infrared radiation effect, radiation control, in the spectrum, has important applications in energy conversion and so on. The micro scale radiation has become one of the important research topics in the field of thermal radiation. The radiation characteristics of micro scale in China foreign scholars on the microstructure of the surface of the extensive and in-depth research, and Research on the micro structure of the space less. High porosity metal materials involving spectral selectivity, multiple scattering, with complex space micro structure, the micro scale radiation characteristics is complex, therefore, the study on microscale radiative transfer is important meaning. This paper mainly uses the finite difference time domain method, the micro scale of high porosity metal materials radiation characteristics, the purpose is through space micro structure to achieve the main content and spectral regulation. The conclusion includes: establish the silver cube cell structure model, based on the theory of electromagnetic scattering and radiation characteristics of cellular structure in micro scale visible light band. Analysis of the cellular structure of the space electric field and Poynting vector distribution, that when the electric field, the Poynting vector and cellular rib produce strong interaction. Cellular structures exhibit strong absorption characteristics. The effects of changes in the structure of the radiation characteristics of cube cell, found the strongest attenuation characteristics of cavity structure. The radiation characteristics of cube layered structure of visible light band. In order to ensure the accuracy of the calculation, put forward the error convergence test method. Analysis of the cubic unit cell structure the relationship between the absorption characteristics of the single cube, porous structure and infinite plate structure, found that the single cube porous structure can effectively alter the spectral characteristics of radiation, the radiation can not force A linear combination of unit cell structure. Considering the porosity, influence of inclined angle on absorption characteristics of single-layer cube porous structure, results show that the porosity and the inclined angle on absorption properties have great influence of different porosity, single cube porous structure appeared strong, weak, three regions, and showed no inclination the obvious regularity of absorption. The effects of absorption Poynting vector and spatial distribution characteristics of multilayer cube porous structure, multilayer structure has found the absorption enhancement phenomenon in 0.457 mu m, permselectivity with three layers of visible light on 0.35~0.55 m wavelength. A spherical hollow aluminum cellular structure and single spherical hollow aluminum structure model, characteristics of infrared radiation unit cell structure of five kinds of porosity under the attenuation, found the structure has a strong ability of scattering and absorbing in the infrared band. The collection ability is almost zero. Compared with single-layer spherical hollow aluminum structure Drude model and N K model, changes of absorptive capacity, discover trends absorption rate of two kinds of models are consistent, in the numerical absorption capacity, the size will be different. The effects of Si based, SiO2 based and effect of surface coverage graphene monolayer of spherical hollow structure of aluminum absorption capacity, found that the structure of Si based enhancement absorption function in 1~6 M band, when covered with a layer of graphene in the hollow spherical structure of aluminum surface, did not find the absorption enhancement effect of graphene.

【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.21

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本文編號：1637977