球形納米粒子與半無(wú)限大介質(zhì)的近場(chǎng)輻射換熱研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多有關(guān)微納米尺度輻射換熱的問(wèn)題。當(dāng)物體尺寸與熱平均自由程或熱輻射波長(zhǎng)相當(dāng)時(shí)，微納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要對(duì)涉及輻射換熱的物理現(xiàn)象進(jìn)行深入的研究。然而，對(duì)于有關(guān)的物理機(jī)制目前還缺乏足夠的認(rèn)識(shí)。例如，在所有的近場(chǎng)顯微鏡(掃描隧道顯微鏡和分子力顯微鏡)或掃描熱顯微鏡中，都包含兩半無(wú)限大物體或探針與基底平面之間的輻射換熱，對(duì)其進(jìn)行計(jì)算分析依然是一個(gè)頗具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。因此，無(wú)論是對(duì)理論研究還是對(duì)實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō)，理解并預(yù)測(cè)

2、兩個(gè)間距在微納米數(shù)量級(jí)的物體間的熱交換，都是一個(gè)重要的研究方向。本文研究了間距為納米數(shù)量級(jí)的兩球形納米粒子間以及一納米粒子與半無(wú)限大介質(zhì)間的輻射換熱。其中粒子可以是分子、粉塵顆?；蛘唢@微鏡探針的簡(jiǎn)化模型。使用電磁場(chǎng)理論，利用偶極子近似處理納米粒子，來(lái)推導(dǎo)它們之間的輻射換熱量。使用格林函數(shù)將材料中的電流與電偶極矩與界面上的場(chǎng)關(guān)聯(lián)起來(lái)，這樣就可以使用漲落-耗散理論來(lái)計(jì)算所需要的物理量。論文同時(shí)推導(dǎo)了單位頻率下和全頻率下的輻射換熱量。對(duì)于兩個(gè)

3、納米粒子，計(jì)算了兩者之間的凈輻射換熱量。其空間相關(guān)性是以1/ d~6的形式表示出來(lái)的。這種空間相關(guān)性是典型的感應(yīng)偶極子間的相互作用。兩粒子間的輻射能量傳遞還取決于各個(gè)粒子的極化率的虛部。同時(shí)，輻射換熱只在與材料相關(guān)的特定的頻率下發(fā)生。對(duì)于納米粒子與半無(wú)限大介質(zhì)，分別計(jì)算了介質(zhì)對(duì)粒子和粒子對(duì)介質(zhì)的輻射。介質(zhì)對(duì)粒子的輻射隨頻率的變化曲線有明顯的峰值，它們與材料以及材料表面的倏逝波有關(guān)；近場(chǎng)下的輻射換熱量要比遠(yuǎn)場(chǎng)的大好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。粒子對(duì)介質(zhì)的