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各项异性微纳结构近场辐射换热机理与调控方法研究

批准号:
51706096
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
27.0 万元
负责人:
刘向雷
依托单位:
学科分类:
传热传质学
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨理理、张进、徐元培、郑立凯、朱琪斌、沈加东

项目摘要

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项目成果

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中文摘要
近场辐射换热是当前工程热物理领域的国际前沿,并可为微纳光电器件的散热以及高效能量转换开辟新的思路。目前各向异性材料已开始应用到微纳光电子器件中,然而国内外对各向异性微纳结构近场辐射换热的研究尚未报道,存在近场热辐射模型缺乏、换热机理不清晰以及调控方法不明确等重大挑战,相关研究亟待开展。本项目围绕各向异性微纳结构近场辐射换热机理以及调控方法进行研究,主要包括:拓展目前的近场热辐射理论,建立一维和二维各向异性微纳结构的近场热辐射模型;研究各向异性对表面等离子共振以及非共振双曲模式色散方程的影响,阐明各向异性微纳结构的近场辐射换热机理;提出外场与各向异性微纳结构近场热辐射相互作用模型,分析外加电场或磁场强度以及方向对辐射换热速率以及光谱分布的影响规律,建立基于外场的各向异性微纳结构近场热辐射调控方法。本项目为近场热辐射在各向异性微纳器件散热以及能量转换等方面的应用提供重要的基础理论支撑。
英文摘要
The investigation of near-field thermal radiation is the cutting-edge research in the engineering thermophysics discipline. It opens new possibilities for solving the heat dissipation problems of compact micro/nanoscale optoelectronic devices and developing efficient energy conversion techniques. Currently, anisotropic materials have been applied in optoelectronic devices, however, the near-field thermal radiation between anisotropic nanostructures has not been reported due to lacking appropriate near-field radiation models, unclear heat transfer mechanism, and uncertain control methods, making further investigations imperative. This project will conduct researches on the near-field radiative heat transfer mechanisms and active control of anisotropic micro/nanostructures. Current near-field radiation theories will be expanded to consider anisotropic optical properties, the near-field thermal radiation models for both one-dimensional and two-dimensional anisotropic nanostructures are then established. After that, the effects of anisotropy on the excitation of surface plasmon plaritons and non-resonant hyperbolic modes will be analyzed, and the near-field radiative heat transfer mechanism between anisotropic nanostructures will be illustrated. Finally, the applicant will study how the external electric or magnetic fields affect the transport of evanescent waves, based on which the active control method of near-field radiation of micro/nanostructures will be put forward. This project will lay the foundation of applying near-field thermal radiation in heat dissipation and efficient energy conversion in anisotropic optoelectronic devices.
近场辐射换热是当前工程热物理领域的国际前沿,为微纳光电器件的散热以及高效能量转换开辟新的思路。目前各向异性材料已开始应用到微纳光电子器件中,然而国内外对各向异性微纳结构近场辐射换热的研究尚未报道,存在近场热辐射模型缺乏、换热机理不清晰以及调控方法不明确等重大挑战,相关研究亟待开展。本项目围绕各向异性微纳结构近场辐射换热机理以及调控方法进行研究,建立了各向异性微纳结构的近场热辐射模型,拓展了目前的近场热辐射理论,解决了目前无法计算各向异性微纳结构近场辐射换热的难题;研究各向异性对表面等离子共振以及非共振双曲模式色散方程的影响,阐明各向异性微纳结构的近场辐射换热机理,建立了新型强化近场辐射换热方法;研究了结构形貌、温差、电势等对近场热辐射调控的机理,建立了高性能近场热辐射调控方法。本项目为近场热辐射在各向异性微纳器件散热以及能量转换等方面的应用提供重要的基础理论支撑。。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Super-Planckian thermal radiation enabled by coupled quasi-elliptic 2D black phosphorus plasmons
准椭圆二维黑磷等离子体激元耦合实现超普朗克热辐射
DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2018.08.081
发表时间: 2018-11
期刊: Applied Thermal Engineering
影响因子: 6.4
作者: [Jiadong Shen, Shu Guo, Xianglei Liu(刘向雷), Baoan Liu, Weitao Wu, Huan He]
通讯作者: Huan He
DOI: --
发表时间: 2018
期刊: 工程热物理学报
影响因子: --
作者: [刘向雷, 沈加东, 宣益民]
通讯作者: 宣益民
DOI: 10.1016/j.jqsrt.2020.107411
发表时间: 2021
期刊: Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer
影响因子: 2.3
作者: [Dang Chunzhuo, Liu Xianglei, Xia Haifeng, Wen Shizheng, Xu Qiao]
通讯作者: Xu Qiao
Near-Field Thermal Radiation of Nanopatterned Black Phosphorene Mediated by Topological Transitions of Phosphorene Plasmons
磷烯等离子体拓扑转变介导的纳米图案黑色磷烯的近场热辐射
DOI: 10.1080/15567265.2019.1578310
发表时间: 2019-02
期刊: Nanoscale and Microscale Thermophysical Engineering
影响因子: 4.1
作者: [Liu Xianglei, Xuan Yimin]
通讯作者: Xuan Yimin
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    基于二氧化碳热化学燃料转化的太阳能捕获和存储技术
    • 批准号:
      52111530136
    • 项目类别:
      国际(地区)合作与交流项目
    • 资助金额:
      10万元
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      刘向雷
    • 依托单位:
    基于复合多孔铈基颗粒的太阳辐射直接驱动二氧化碳-燃料高效转化机理研究
    • 批准号:
      52076106
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      58.0万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      刘向雷
    • 依托单位:
    基于复合多孔铈基颗粒的太阳辐射直接驱动二氧化碳-燃料高效转化机理研究
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      --
    • 资助金额:
      58万元
    • 批准年份:
      2020
    • 负责人:
      刘向雷
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金