二维材料及其异质结构强化近场辐射传热调控的研究

The optical properties of two-dimensional materials and their heterostructures are unique and highly-tunable. Those properties give them great potential in modulation of thermal radiation. In this project, two-dimensional materials and their heterostructures are combined with the microstructure surfaces of conventional materials or the phase change process of the phase change materials to enhance the modulation of the near-field radiative heat transfer, as well as to improve the performance of the near-field radiative thermal rectifier. The influence of the interaction between multiple influencing factors on the near-field radiative heat transfer is analyzed. The mechanism and modulation rule for enhancing the modulation of the near-field radiative heat transfer and improving the performance of the near-field radiative thermal rectifier are revealed, achieving the purpose of enhancing the modulation of the near-field radiative heat transfer and improving the performance of the near-field radiative thermal rectifier, and providing significant guidance and theoretical value for improving and developing the applications of the near-field radiative heat transfer.

二维材料及其异质结构具有独特的且高度可调的光学性质，在热辐射调控领域具有巨大的潜力。本项目结合二维材料及其异质结构与常规材料的微结构表面或相变材料的相变过程，开展二维材料及其异质结构强化近场辐射传热调控，改善近场辐射热整流器性能的研究，分析多影响因素间的相互作用对近场辐射传热的影响，揭示多影响因素作用下二维材料及其异质结构强化近场辐射传热调控以及改善近场辐射热整流器性能的影响机制和影响规律，达到强化近场辐射传热调控以及改善近场辐射热整流器性能的目的，为完善和发展近场辐射传热的应用提供重要的指导意义和理论价值。

二维材料具有独特的且高度可调的光学性质，在热辐射调控领域具有巨大的潜力。本项目结合二维材料与常规材料或相变材料，研究了石墨烯及其他参数对近场辐射热调节器和近场辐射热整流器中近场辐射传热的影响，从而对它们性能的影响；同时将近场辐射传热研究扩展到远场辐射传热研究，研究了一种由双层薄膜（氮氧化铝和二氧化硅）覆盖在基底铝上构成的日间辐射制冷器，分析其最优结构的制冷性能及其相关的物理机理。主要研究成果包括：. （1）揭示了不同参数组合下，近场辐射传热的主要影响因素和相关物理机理；. （2）基底的击穿电压对近场辐射热调节器的性能有重要的影响，更大的击穿电压可使石墨烯具有更宽的可调节的化学势范围，从而其构成的近场辐射热调节器具有更优的性能，优化后的热调节因子可达到93.5%；. （3）通过调节石墨烯的化学势和掺杂硅的掺杂浓度到最优值，可有效地提高和改善近场辐射热整流器的性能，最优热整流因子可达到7.79；. （4）优化后的日间辐射制冷器在环境温度下，其制冷功率可达到110W/m2，同时揭示了氮氧化铝和二氧化硅在相近波长具有较高的发射率、Fabry-Perot共振的激发等是优化后的日间辐射制冷器具有良好辐射制冷性能的主要物理机理。. 本项目的研究成果为近场辐射热整流器、近场辐射热调节器、日间辐射制冷器等的研究提供了一定的借鉴意义。