近场热辐射研究进展

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1、近场热辐射研究最新进展张春，曾志刚，杨艳，杨鹏辉，胡志宇(上海人学纳微能源研究所，上海200444)摘要：近场热辐射存在光子隧道效应、表面极化激元等作用，其辐射热通昴比远场辐射热通昴大5〜6个数量级，且与间距的6次方成反比。这些特性在近场热扫描显微镜、微型热光电系统等方面已得到广泛应丿

2、扎木文简单介绍了与近场热辐射相关的涨落电动力学、涨落耗散理论，并从数值模拟和实验研究两个方面，综述了近场热辐射研究的最新进展。关键词：近场，热辐射，涨落耗散理论中图分类号：0551.3文献标识码：ARecentResearchProgressofNear-HeldThermalRadiationZHANGC

3、hun,ZENGZhi-gang,YANGYan,YANGPeng-hui,HUZhi-yu(InstituteofNano/MicroEnergy,ShanghaiUniversity、Shanghai200444,China)Abstract:Duetothephotontunnelingeffectandtheexcitationofsurfacepolaritons,thenear-fieldradiativeheatfluxisaboutfivetosixordersofmagnitudehigherthanthemacro-scaleheatflux,andaroundsixo

4、rdersofmagnitudeinvcrscly-proportionaltothespacinginterval.Theseuniquecharacteristicshadbeenbroadlyappliedonthenear-fieldscanningthermalmicroscopy,themicro-scalethermophotovoltaicsystemandsoon.Thispaperbrieflyintroducesthefluctuationelectrodynamicsandfluctuationdissipationtheorythatarerelatedtothe

5、near-fieldthermalradiation,andtherecentresearchhighlightsofthenear-fieldradiationheattransferintwoaspects:numericalsimulationsandexperimentalresults・Keywords：near-field;thermalradiation;fluctuationdissipationtheoiy1・刖s冇关近场热辐射的研究始于二十世纪六、七I•年代。1971年，D.Polder等⑴首次从理论上推导出了两个平行平板间的近场热辐射公式。由于当时技术水平的限制，近场

6、热辐射现象并未得到广泛的重视。近些年随着当代纳米技术的发展，这-•现象受到了广泛关注，成为热辐射领域的研究热点。众所周知，温度在绝对零度以上的物体都会产生热辐射并以电磁波的形式进行传播，这种电磁波存在传播波和倏逝波(evanescentwave)两种形式。传播波是由电子热运动引起的，能离开物体表面在口由空间内传播，属于远场辐射，可通过普朗克黑体辐射理论解释；倏逝波是山电荷库仑力引起的，仅存在于物体表血，只能沿平行表面方向传播，而不能沿垂直表面方向传播，属于近场辐射。近场辐射是指与物体间距小于特征波长区域的辐射，其强度随着与辐射体间距的增加而呈指数规律衰减。A.I.Volokitin等人⑵通

7、过计算表明，由于光了隧道效应和表而极化激元的作用，近场辐射热通量会比常用于远场辐射的Stefan-Boltzmann^律计算的结果大5〜6个数量级。这说HJ]Stefan-Boltzmann定律已不能准确地描述近场区域的热辐射，要分析近场区域的热辐射，町从电磁场理论出发，基于涨落电动力学、涨落耗散理论，采用数值方法进行研究，进而得到具屮的规律。热交换通常包括热辐射、热传导和热对流三种方式，本文所关注的是真空条件下(压强小于6.7xlO3Pa)近场热辐射现象。文中简单介绍了与近场热辐射相关的理论，并从数值模拟和实验研究两个方面，综述了近场热辐射研究的最新进展。收稿日期：基金项目：上海市纳米专

8、项(0852NW01700):上海市科委国际合作专项(8160706000)作者简介：张春(1984~),男，福建人，硕士研究生，研究方向为近场热辐射、红外E-mail:zhangchun3362@yahoo.com.cn2.近场热辐射基本理论基于儿何光学的传统热辐射理论适用于解释远场热辐射，但山于没有考虑倏逝波的作用，在近场范围内已不再适用，需建立一个新的理论来描述近场热辐射。1958年，S.M.Rytov等人⑷基于电