[发明专利]一种基于近场热辐射的多级热控逻辑开关

说明书

一种基于近场热辐射的多级热控逻辑开关。本发明属于热调整器领域。本发明的目的是为了解决现有逻辑热开关仅能支持一种信号的热布尔运算的技术问题。本发明的基于近场热辐射的多级热控逻辑开关由接收端复合结构、发射端复合结构和设置于二者之间的间隔物构成，接收端复合结构和发射端复合结构之间通过间隔物形成真空间隙；所述接收端复合结构和发射端复合结构完全相同且相对于间隔物对称设置，所述接收端复合结构由上至下依次为接收端基底、接收端内层膜、接收端外层膜；所述发射端复合结构由上至下依次为发射端外层膜、发射端内层膜、发射端基底。本发明通过控制器件之间的近场辐射热交换，实现在微尺度上进行开、或、关逻辑操作的可能。

技术领域

本发明属于热调整器领域，具体涉及一种基于近场热辐射的多级热控逻辑开关。

背景技术

电流的控制是现代逻辑开关的基础，基于离散电平的电信号实现了布尔运算。然而，在许多工程应用中发现今天的电子产品不能的在某些恶劣环境(如电离辐射环境等)中工作。因此，人们提出了一种基于热流控制的逻辑开关作为替代基于电流控制的逻辑开关的解决方案，在热科学和计算科学之间开辟了一个新的科学领域。作为电子逻辑开关的热模拟，它也需要输出具有不同离散水平的热信号来转换成数字代码(“0”和“1”)。

早期由于热传导和热对流理论与技术的成熟，热逻辑开关的设计原理主要是基于热传导和热对流。人们针对通过对固体/固体的热传导或者对液体/固体对流换热的操纵来实现具有不同离散水平的热信号已经做了大量的研究工作。但由于声子和液体的传播速度相对较慢，同时导热和对流存在很强的线性特点很难获得较大的热流梯度。但随着微尺度研究的深入，基于光子隧穿的近场热辐射可以有效的弥补声子传热和对流传热的缺陷，因此近年来学者发现将二氧化钒的热致相变特性应用于辐射换热中，可以很好的实现热信号的有效离散。同时，在微纳尺度下，电磁辐射的超强换热能力也显著提高了热逻辑开关的热信号离散度。但是，近年来学者们广泛研究和开发的逻辑热开关都受到一个主要因素限制，即仅仅能支持一种信号(从“ON”模式到“OFF”模式)的热布尔运算。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有逻辑热开关仅能支持一种信号的热布尔运算的技术问题，而提供一种基于近场热辐射的多级热控逻辑开关。

本发明的一种基于近场热辐射的多级热控逻辑开关由接收端复合结构、发射端复合结构和设置于二者之间的间隔物构成，接收端复合结构和发射端复合结构之间通过间隔物形成真空间隙；所述接收端复合结构和发射端复合结构完全相同且相对于间隔物对称设置，所述接收端复合结构由上至下依次为接收端基底、接收端内层膜、接收端外层膜；所述发射端复合结构由上至下依次为发射端外层膜、发射端内层膜、发射端基底。

进一步限定，所述接收端基底和发射端基底材料相同，均为Au薄膜。

进一步限定，所述接收端内层膜和发射端内层膜材料相同，均为高温热致相变二氧化钒薄膜；所述二氧化钒薄膜为单层或多层。

进一步限定，所述二氧化钒薄膜的相变温度为68℃。

进一步限定，所述接收端外层膜和发射端外层膜材料相同，均为低温热致相变钨掺杂二氧化钒薄膜；所述钨掺杂二氧化钒薄膜为单层或多层。

进一步限定，所述钨掺杂二氧化钒薄膜的相变温度＜68℃。

进一步限定，所述钨掺杂二氧化钒薄膜的相变温度28℃～68℃。

进一步限定，所述钨掺杂二氧化钒薄膜中钨掺杂的质量浓度为0.1％～1％。

进一步限定，所述钨掺杂二氧化钒薄膜中钨掺杂的方式为通过高温扩散和离子注入的方式将钨离子掺杂到二氧化钒内部。

进一步限定，所述接收端内层膜和发射端内层膜通过磁控溅射、真空蒸发、溶胶-凝胶或脉冲激光沉积镀于相应基底表面。