双各向异性电磁超材料近场热辐射传输特性和调控机理研究

There is a great difference between near field radiative heat transfer and classical thermal radiative theory due to the scale effect. Bianisotropic metamaterials have more tunable electromagnetic parameters, magnetoelectric coupling parameters additionally, besides permittivity and permeability. Furthermore, they are all in tensor form. It is a challenge to near field radiative heat transfer. The project researches into transport and modulation of near field radiative heat transfer in bianisotropic metamaterials. The main research includes physical modeling of near field radiative heat transfer and development of analytical solution and numerical method. We also investigate the effect of electromagnetic properties on near field radiative heat transfer, develop ultrafast modulation of radiative heat flux with tunable metamaterials, and explore its new application. The project aims more advancement of near field radiative heat transfer theory in metamaterials. Involving interdisciplinary researches of near field radiative heat transfer theory and metamaterials characteristic, the research is a hot topic in radiative heat transfer and other relative domain.

由于尺度效应，近场热辐射和经典热辐射理论有着明显的不同。双各向异性电磁超材料具有更多的可控电磁参数。除了介电常数和磁导率外，还增加了磁电耦合系数，并且均为张量形式，这对近场热辐射的研究提出了新的挑战。本项目研究双各向异性电磁超材料近场热辐射传输特性及调控机理。主要研究内容为建立双各向异性电磁超材料近场热辐射物理模型，发展相应的分析解法和数值计算方法。考察不同电磁特性参数对近场热辐射传输特性的影响，基于电磁超材料的可控性，发展超快纳米尺度热流调控方法，探索电磁超材料近场热辐射的新应用。本项目旨在进一步发展电磁超材料近场热辐射理论，为电磁超材料近场热辐射在高新技术领域的新应用提供理论基础。本项目涉及到近场热辐射理论和电磁超材料特性研究，是国际上热辐射传递及相关领域的热点课题。

本项目旨在探讨双各向异性电磁超材料对近场热辐射传输特性的影响。由于尺度效应，近场热辐射和经典热辐射理论有着明显的不同。双各向异性电磁超材料具有更多的可控电磁参数。除了介电常数和磁导率外，还增加了磁电耦合系数，并且均为张量形式，这对近场热辐射的研究提出了新的挑战。本项目研究双各向异性电磁超材料近场热辐射传输特性及调控机理，进一步发展电磁超材料近场热辐射理论，为电磁超材料近场热辐射在高新技术领域的新应用提供理论基础。本项目研究内容主要包括以下几个方面：.（1）建立双各向异性电磁超材料近场热辐射理论模型与发展求解方法。通过对双各向异性电磁超材料本构关系进行分析，根据有效介质理论，建立单轴或各向异性电磁超材料电磁特性参数模型。在此基础上，建立了磁电材料近场热辐射模型、双曲超材料近场热辐射模型和手性超材料与双曲超材料近场热辐射模型。在理论分析方法的基础上，发展了近场热辐射的分子动力学模拟方法。.（2）研究双各向异性电磁超材料近场热辐射传输特性和调控机理。分析双各向异性电磁超材料结构和电磁参数对近场热辐射的影响。在电磁超材料模型中，材料的填充系数、手性参数以及极化方向等参数都对近场热辐射有着重要的影响。.（3）研究双各向异性电磁超材料近场热辐射在能量转化应用。根据双各向异性电磁超材料近场热辐射的传输特性，利用双各向异性电磁超材料电磁参数的可控特性，通过调节电磁超材料的结构和电磁参数可以有效地调控其近场热辐射强度，从而使得近场热辐射在热光伏、热成像、辐射制冷和热整流等能量转换领域具有更广泛的应用。