球形納米粒子與半無限大介質的近場輻射換熱研究.pdf

1、近年來，隨著納米技術的發(fā)展，出現(xiàn)了許多有關微納米尺度輻射換熱的問題。當物體尺寸與熱平均自由程或熱輻射波長相當時，微納米結構的設計需要對涉及輻射換熱的物理現(xiàn)象進行深入的研究。然而，對于有關的物理機制目前還缺乏足夠的認識。例如，在所有的近場顯微鏡(掃描隧道顯微鏡和分子力顯微鏡)或掃描熱顯微鏡中，都包含兩半無限大物體或探針與基底平面之間的輻射換熱，對其進行計算分析依然是一個頗具挑戰(zhàn)性的問題。因此，無論是對理論研究還是對實際應用來說，理解并預測

2、兩個間距在微納米數(shù)量級的物體間的熱交換，都是一個重要的研究方向。本文研究了間距為納米數(shù)量級的兩球形納米粒子間以及一納米粒子與半無限大介質間的輻射換熱。其中粒子可以是分子、粉塵顆粒或者顯微鏡探針的簡化模型。使用電磁場理論，利用偶極子近似處理納米粒子，來推導它們之間的輻射換熱量。使用格林函數(shù)將材料中的電流與電偶極矩與界面上的場關聯(lián)起來，這樣就可以使用漲落-耗散理論來計算所需要的物理量。論文同時推導了單位頻率下和全頻率下的輻射換熱量。對于兩個

3、納米粒子，計算了兩者之間的凈輻射換熱量。其空間相關性是以1/ d~6的形式表示出來的。這種空間相關性是典型的感應偶極子間的相互作用。兩粒子間的輻射能量傳遞還取決于各個粒子的極化率的虛部。同時，輻射換熱只在與材料相關的特定的頻率下發(fā)生。對于納米粒子與半無限大介質，分別計算了介質對粒子和粒子對介質的輻射。介質對粒子的輻射隨頻率的變化曲線有明顯的峰值，它們與材料以及材料表面的倏逝波有關；近場下的輻射換熱量要比遠場的大好幾個數(shù)量級。粒子對介質的