[发明专利]一种辐射热流调制器件及其应用

说明书

本发明涉及一种辐射热流调制器件及其应用，该辐射热流调制器件包括相对设置的第一辐射体和第二辐射体，其间距为10nm‑10μm；所述第一辐射体设有相变层；所述相变层采用以下两种方式之一设置：悬空设置或覆盖于含孔隙或非金属材料的第一基底上，所述孔隙或非金属材料占所述第一基底的20％(V/V)以上。本发明的技术方案主要利用材料相变前后导致的近场热辐射效应中表面模式强度的差异，从而有效增强了近场辐射热流的调制。

技术领域

本发明涉及热辐射技术领域，具体涉及一种辐射热流调制器件及其应用。

背景技术

热量输运过程的调控是一项非常重要的技术，由此所衍生出来的非线性热学器件是实现热能有效管理和高效利用的关键手段。正如二极管、晶体管等非线性电学器件是现代电子信息大厦的基石，基于热流调控的非线性热学器件将成为先进热管理技术的重要基础，对于电热制冷技术、能量转换体系和电子器件热管理等诸多领域至关重要，在包括医疗、工业、民用、商业等多个领域具有广泛的应用潜力。根据热量输运载体的不同，热流调制器件可以划分为利用声子、电子和光子三种类型，而辐射热流调制器件是一种基于光子进行热量输运的非线性热学器件。

热辐射的本质是物体内部电荷随机热运动引发的电磁波，其中包含了传播波和倏逝波，倏逝波的振幅随着离开物体表面的距离而呈指数衰减。因此，当辐射体之间的间距大于热特征波长时，热量只能通过传播波进行输运，此时称为远场热辐射，其辐射规律由黑体辐射定律进行描述。而当辐射体之间的间距接近或小于热特征波长时，倏逝波开始逐渐参与甚至主导辐射换热，经典的热辐射定律被打破，这种现象叫做近场热辐射。

基于近场热辐射的热流调制器件往往有两端，即两侧的辐射体，热流以电磁波的形式在两个辐射体间进行传输。基于近场热辐射的热流调制器件由于可以利用多种不同的电磁模式实现对热流的调制，有望实现较好的热流调制性能，在热二极管、热三极管、热开关等多种非线性热学器件中均受到了广泛的关注。

热二极管、热三极管和热开关等不同非线性热学器件所基于的物理机制比较相似，在近场热辐射中可以归纳为：通过热、光、电等不同触发机制，实现对近场热辐射中的不同电磁波的调制，从而达到改变辐射热流大小的目的。

其中，基于热整流效应的热二极管是一种非常典型的热流调控方式，在同样的温差下，热整流器件中的热流大小与温度的偏置方向有关。当温度偏置方向发生改变时，介电常数的改变将导致辐射热流产生差异从而形成热整流。热整流的核心性能参数是整流比，其定义为正反向热流之差与较小的反向热流的比值。

综上，为了更好地实现热量运输过程的调控，显著提高应用潜力，本领域技术人员希望开发一种新的技术方案，以有效提高近场辐射热流调制器件的热流调制能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种辐射热流调制器件及其应用，其主要利用材料相变前后导致的近场热辐射效应中表面模式强度的差异，来实现辐射热流的大程度调控。该辐射热流调制器件可以通过改变触发机制或是与其他部件进行组合的方式来实现热整流、热三极管、热开关等功能。

在近场热辐射中，主要由三种不同的电磁模式(即不同频率、波矢的电磁波)参与热量的输运：传播模式(在真空中传播)、沮挫模式(在介质中传播、在真空中衰减)和表面模式(在介质、真空中均衰减)，其中表面模式是一种共振模式，可以实现在极窄频率段内的大辐射热流，是近场热辐射具备“准单色”和“大热流”两个特点的重要来源。本发明主要基于对表面模式强度的调制而实现对辐射热流的调制。

为此，第一方面，本发明提供一种辐射热流调制器件，其包含第一辐射体和第二辐射体，所述第一辐射体和第二辐射体相对设置，所述第一辐射体和第二辐射体的间距为10nm-10μm；

所述第一辐射体设有相变层；

所述相变层采用如下两种方式之一设置：

悬空设置；