基于漲落電磁理論的平面微納米尺度熱輻射機理研究.pdf

1、微機電系統(tǒng)、納米科學(xué)、生命科學(xué)的飛速發(fā)展給傳統(tǒng)傳熱學(xué)領(lǐng)域帶來了挑戰(zhàn),在微納米尺度下的輻射特性和輻射傳輸特性與宏觀尺度下有極大的差別,傳統(tǒng)的輻射學(xué)研究方法已經(jīng)不能解決微納米尺度下的很多現(xiàn)象,如輻射的隧道效應(yīng)、干涉效應(yīng)等等。物質(zhì)的熱輻射本身是一種電磁波,從電磁理論的角度可以描述熱輻射在微納米尺度下所表現(xiàn)出來的波動特性,同時該研究方法還能夠?qū)椛涞暮暧^特性給出合理的微觀解釋。本文從電磁理論出發(fā),考慮物質(zhì)本身的熱輻射特性和傳輸特性,采用漲落耗散

2、理論描述物體內(nèi)部分子或電子熱運動產(chǎn)生的輻射電磁場,采用格林函數(shù)法求解描述電磁場波動特性的頻域Maxwell方程組,分析倏逝波在熱輻射傳輸中的作用及規(guī)律。本文詳細推導(dǎo)了半無限厚平面產(chǎn)生的輻射場的電磁能密度和垂直界面方向上的熱流密度,以及兩個半無限厚平行平面間的輻射熱流密度；推導(dǎo)了當平面波入射界面產(chǎn)生倏逝波時電磁波在介質(zhì)中的耗散規(guī)律。在對微納米尺度輻射的計算分析中：1.對于兩平行平面間的微納米尺度輻射換熱問題,本文發(fā)現(xiàn)當輻射的特征波長和平面

3、間距離相當時,遠場傳輸電磁波表現(xiàn)出相干性,使其輻射熱流密度隨距離的變化上下波動。2.關(guān)于微尺度輻射的光譜特性,當距離減小時,SiC平面輻射某頻率處出現(xiàn)了明顯的峰值,并且隨距離的減小峰值劇烈增強,使輻射換熱總量和電磁能密度增加幾個數(shù)量級,而換成Al材質(zhì)則沒有類似的規(guī)律。其原因在于該頻率下的介電常數(shù)實部接近1而虛部不大,表面聲子共振使表面波在該頻率下激發(fā)。3.本文中分析了不同偏振態(tài)的遠近場電磁波對電磁能密度和輻射熱流密度的貢獻,發(fā)現(xiàn)SiC在