王波 张纪红 李聪颖

(烟台大学机电汽车工程学院, 烟台 264005)

本文基于涨落耗散定理和并矢格林函数求解麦克斯韦方程来研究两个半无限大平板的近场热辐射净热流, 提出了两个半无限大块状二氧化钒组成的V/V 结构、石墨烯覆盖两个半无限大块状二氧化钒组成的GV/GV 结构和石墨烯覆盖VO2 薄膜组成的GV0/GV0 结构, 深入研究了这三种结构中二氧化钒与石墨烯间的近场热辐射, 并分析了真空间距、二氧化钒薄膜厚度和石墨烯化学势等物理参量变化对近场热辐射的影响.研究表明: 三种结构的近场热辐射均随间距增大而减小; 在真空间距为10 nm 时, 由石墨烯覆盖的GV/GV 结构的近场辐射热流比无石墨烯覆盖的V/V 结构增强35 倍, 耦合效果最好的是GV0/GV0 结构, 该结构的近场辐射热流比GV/GV 结构增强8.6 倍; 在GV0/GV0 结构中, 当二氧化钒薄膜厚度为30 nm 时, 石墨烯化学势从0.1 eV 增加到0.6 eV 辐射热流会减小3.3 倍.本文系统研究了二氧化钒与石墨烯间相互耦合的近场热辐射, 对相关结构的近场热辐射实验和实际应用具有理论指导意义.

1 引 言

辐射体之间的换热间距接近特征波长时, 热传递不再受普朗克定律的限制, 此时辐射体的表面等离激元(surface plasmon polaritons, SPP)、表面声子极化子(surface phonon polaritons, SPhP)以及光子隧穿效应等使热传递得到显著增强, 这使得近场热辐射的相关研究被广泛关注, 越来越多的研究表明科研人员可通过改进辐射换热结构和选取更优性能的材料来达到调控近场热辐射的目的[1,2].

石墨烯SPP 的频率覆……