各向异性介质近场辐射换热调控及在热光伏中的应用

发布时间：2020-03-29 17:03

【摘要】：近年来,随着纳米技术的发展,微纳尺度领域的传热问题已变得尤为重要。在纳米距离下,由普朗克定律给出的两物体间辐射换热的极限值被否定,而此时由耦合倏逝波贡献产生的辐射换热量将远大于这一极限值,这种现象因此被称为近场辐射换热。巨大的近场辐射热流有利于纳米热器件的发展,因此一直以来,受到广泛关注的是如何进一步增强近场辐射换热,但为了使近场热器件在实际中更具有使用价值,必须对近场辐射换热进行合理地调节和控制,采用各向异性介质可以很好地实现近场热流管理。本文基于两各向同性平板间的近场辐射换热公式的推导过程,针对于两各向异性平板间的辐射换热问题,重新推导了各向异性介质的麦克斯韦方程组,得到能够描述电磁波反透射特征的4?4矩阵,并通过联立电磁场边界条件计算出反透射矩阵,最终得到两各向异性平板的辐射换热量。本文利用提出的各向异性介质间辐射换热的计算公式,分析计算了各向异性材料包括磁光材料、双曲超材料和石墨烯-双曲超材料异质结结构间的辐射传输特性。发现分别通过调节磁场强度和方向、光轴倾斜方向和异质结结数,可以实现灵活的控制近场热流。同时又针对介质薄膜和块体结构存在介质损失等问题,提出了利用2D超表面弥补平板结构的缺陷,分析并分别计算了通过磁场调节石墨烯和相对转角调节单轴超表面辐射换热特性,并且发现2D超表面具有高效地调控热流效果。本文进一步利用倾斜双曲超材料光轴的策略,有效改善了以氮化硼为热源和石墨烯-锑化铟异质结为电池组成的近场热光伏装置效率低下的问题,并发现通过倾斜光轴不仅能对低带隙能光谱热流实现极大抑制并且还可以增大高带隙能光谱热流。最后讨论了热源温度、电池温度、工作电压和石墨烯化学势对热光伏电池输出功率和效率的影响。
【图文】：

题[15]，促进能源可持续发展。因此，研近场辐射提供更多灵活的方法，为未来近场质调控 NFRHT 的研究现状最早于 1971 年 Polder 借助于涨落耗散理论的热流吸引，认为这是未来微纳尺度发展的背了人们普遍认可的 Plank 定律，所以更多否存在，直到 2005 年 Kittel 等[19]才首次通近场辐射现象，这促使更多的学者证实其最早 Polder 通过理论分析得到最大的 NFHR的近场辐射实验难度相当之大，由于必去保性。因此，一些学者[20-22]为了减小实验难度二氧化硅平板来观测近场辐射现象，，如图 辐射换热有了明显的增强。

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文了 HMMs 的局域态密度会小于一定厚度的薄膜，这场热流的增强可以被薄膜结构代替，当然实际中更MMs 其它的特性如负折射率是薄膜无法实现的。超材料的介质损失一直是限制其不能理想大波矢传sina[36]利用双曲材料能大波矢传输的特性，研究了三近场辐射热流，实现了热流的远距离传输，如图 料可以在中间体厚度很大时仍存在很大的热流。但的传输效果明显下降，这是因为热流在介质内部耗散传输效果。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TL331

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本文编号：2606257