多因素耦合作用下微/纳尺度热辐射特性及传输机理研究

本项目针对微/纳尺度热辐射特性及传输机理研究中急需解决的若干关键科学问题：(1) 多因素作用下的微结构表面辐射特性与控制机制；(2) 负折射率材料的辐射特性及调控机理；(3) 微/纳间距物体间热辐射传输机理与控制方法，研究多因素耦合作用下微/纳尺度热辐射特性及传输机理，探索微/纳尺度热辐射的调控机制。研究微结构表面辐射特性与结构特征、材料属性间的本构关系，探讨微结构表面辐射的方向特性和温度效应；研究功能材料表面辐射特性的转变规律，揭示外场作用下材料属性与微结构对功能表面辐射特性的耦合作用机制；探索负折射率材料内热辐射传播的物理机制与传输规律；研究微/纳间距物体间热辐射传输过程和热辐射光谱分布特征，探究微/纳间距热辐射的近场辐射效应。研究将丰富热科学领域的内涵，对微结构表面辐射特性的控制与微/纳尺度热辐射的强化方法在高新技术领域的应用具有重要的理论价值和指导意义。

本项目紧密围绕能源高效转化利用的重大需求，按照计划书预定的研究计划，系统深入地开展了微/纳尺度热辐射特性、传输机理及控制方法的理论与实验研究，完成了所有研究工作。项目分析了微结构对表面热辐射特性的作用机制，研究了热致变色功能材料与负折射率材料热辐射特性的设计与调控方法，探究了微/纳间距热辐射传递的近场辐射效应，开展了近场热辐射效应在能源系统中的应用基础研究。.主要成果包括：系统地建立了微结构表面热辐射特性和微/纳间距间近场辐射换热机制的理论研究方法；阐明了微结构表面热辐射特性与结构特征、材料属性、入射光角度等因素间的本构关系；诠释了微结构与温度对热致变色功能材料热辐射特性的耦合效应；建立了热辐射波段树叶状负折射率材料的制备方法；揭示了材料属性（非磁性、磁性、超材料）、表面粗糙度、表面间距等对近场辐射换热特性的作用机制；提出了基于近场热辐射效应的太阳能吸收增强方法；并将以上研究成果应用于新型太阳能电池、太阳能热光伏、LED光源以及太阳能光催化粒子的设计。.项目已发表和录用学术论文99篇，其中SCI源刊论文56篇，在第二届国际热问题计算方法学术会议和2011年全国传热传质学术会议上分别做大会特邀报告1次，获批与申请国家发明专利10项，培养了博士23名。.国际近场热辐射研究领域知名学者、美国犹他大学的Francoeur、Intel公司Basu（Opt. Express, 2011, 19: 18774-18788；Appl. Phys. Lett., 2011, 99:143107）和德国爱登堡大学的Biehs教授（Phys. Lett. A, 2012, 376: 3462-3465）多次引用本项目发表的论文，评价“宣等提出了计算任意介电常数和磁导率材料近场热辐射的通用方法”，“据我们所知，目前仅有三篇研究超材料近场辐射换热的文献”（其中的两篇文献是本项目发表的论文）， “宣等研究了红外波段的不同结构、材料的近场辐射”。.长江学者、西安交通大学何雅玲教授（Appl. Energy, 2013, 112: 690-696）和香港城市大学T. T. Chow教授（Int. J. Photoenergy, 2012, 2012: 307287）都引用了本项目发表的有关基于近场热辐射效应的太阳能热光伏的研究论文，指出“宣等建立了太阳能热光伏系统的设计与优化方法”。