一种近场辐射换热热量调整器制造技术

本发明专利技术公开了一种近场辐射换热热量调整器，该调整器包括两个圆盘，所述圆盘的中心分别为O1和O2，在真空中间隔布置，其间距为O1O2，所述圆盘的中心轴线之间的夹角为θ。本发明专利技术还公开了应用相应调整器的近场辐射换热热量调整方法，其通过改变所述圆盘轴线之间的夹角θ来调整换热量。本发明专利技术的近场辐射换热热量调整器，热流调整时可以不用翻转温度，只需要调节所述圆盘的旋转角度实现换热量的控制，热流量的调节精度更高，其材料可以选用常见的本征单晶硅或n型掺杂硅，减小了相变材料对温度的依赖性，此外本发明专利技术的近场辐射换热热量调整方法，通过改变所述圆盘轴线之间的夹角θ来调整换热量，操作方法简单，大大提高了换热效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及辐射换热领域，更具体地，涉及一种近场辐射换热热量调整器及调整方法。
技术介绍
二极管和三极管可以控制电流的大小，它们的应用十分广泛，也是现代电子信息系统的重要组成部分，这些电子元件可以调整或放大电流。近些年，热二极管、热三极管、热调整器等概念被提出，它们是通过控制热流而不是电流来工作的。辐射换热分为远场辐射换热和近场辐射换热。远场辐射换热是日常生活中可以直观感受到的，远场辐射换热的物体间距大于物体温度对应的特征波长，通常物体间距大于几个或几十个微米，反之，为近场辐射换热。远场辐射换热符合斯忒藩-玻耳兹曼定律，即黑体的辐射力与温度成四次方关系；而近场辐射换热是严重依赖物体间距的，随着物体间距的减小，近场辐射换热的强度快速增强。近场辐射换热的强度通常比远场辐射换热的强度要大几个数量级。辐射换热已经被应用到了热管理中，研究人员在在这方面已经做了大量的研究，利用远场辐射换热原理的热二极管、热三极管是容易实现的，这是因为远场的物体尺度通常较大，物体的位置、间距、温度等参数在实验程中是容易控制的。国内外的研究人员对利用近场辐射换热原理的热二极管、热三极管和热调整器等也进行了大量的理论研究。近场辐射热调整器可以通过温度翻转、相变材料和间距变化等方式对热量进行调整，当两个圆盘不平行时，它们之间的辐射换热量将会随着角度的变化而变化。因此，近场辐射热调整器可以通过角度的变化来控制换热量的大小。硅在电子器件中应用较为广泛，且掺杂硅的掺杂浓度是很容易控制的，因此，硅和掺杂硅可以作为近场辐射热调整的材料。另外，研究人员常用格林函数、涨落耗散定理等方法计算近场辐射换热，这些方法计算平行的物体时是有效的，但是很难处理非平行的物体间的近场辐射换热。为了计算非平行圆盘间的近场辐射换热，我们采用波动表面电流公式方法进行计算，这种方法不用考虑输入波和输出波，而是根据虚拟表面电流进行辐射换热的计算，这就不需要满足波函数公式，这种方法可以计算任意结构之间的近场辐射换热。专利文献US20150082810A1公开了一种近场辐射热调整器，其热通量可以从高温介质传输到低温介质，通过翻转两个介质的温度，辐射换热量发生变化但其存。但专利文献US20150082810A1公开的近场辐射热调整器存在以下不足：(1)近场辐射热调整器的换热量只能通过介质的温度翻转进行调整，当两个介质的温度不变时，无法调整换热量。(2)当热调整器的材料、结构、温度确定后，无法改变初始换量的大小。(3)换热量调整的幅度只能通过温度的变化幅度进行调整，操作起来较为困难。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种调整近场辐射换热量调整器及方法，其目的在于，热调整器使用普通材料，热流调整时可以不用翻转温度，只需要调节所述圆盘的旋转角度实现换热量的控制，热流量的调节精度更高。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种近场辐射换热热量调整器，其特征在于，该调整器包括两个圆盘，所述圆盘的中心分别为O1和O2，在真空中间隔布置，其间距为O1O2，所述圆盘的中心轴线之间的夹角为θ。进一步地，所述圆盘间的间距小于圆盘温度对应的特征波长。进一步地，所述间距O1O2为130～210nm。进一步地，所述圆盘的直径为200～800nm，厚度为10～100nm。进一步地，所述夹角θ为0°～-90°。进一步地，所述夹角θ为0°，两个圆盘平行且中心同一直线上。进一步地，所述夹角θ为0°～-90°，两个圆盘的中心间距O1O2保持不变。进一步地，所述圆盘的材料为本征单晶硅或n型掺杂硅。作为本专利技术的另一个方面，提供一种应用所述的近场辐射换热热量调整器的近场辐射换热热量调整方法，其特征在于，通过改变所述圆盘轴线之间的夹角θ来调整换热量。进一步地，所述夹角θ的调整方法为调整其中一个圆盘绕另一个圆盘旋转或调整其中一个圆盘绕自己的轴线旋转。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本专利技术的近场辐射换热热量调整器，热流调整时可以不用翻转温度，只需要调节所述圆盘的旋转角度实现换热量的控制，热流量的调节精度更高。(2)本专利技术的近场辐射换热热量调整器的材料可以选用常见的本征单晶硅或n型掺杂硅，不需要应用相变材料，减小了相变材料对温度的依赖性。(3)本专利技术应用近场辐射换热热量调整器的近场辐射换热热量调整方法，通过改变所述圆盘轴线之间的夹角θ来调整换热量，操作方法简单，大大提高了换热效率。附图说明图1(a)为本专利技术实施例的一种近场辐射换热热量调整方法中涉及的圆盘结构I的示意图；图1(b)为本专利技术实施例的一种近场辐射换热热量调整方法中涉及的圆盘结构II的示意图；图2为本专利技术实施例的一种近场辐射换热热量调整方法中涉及的圆盘结构I和II在θ＝0°时的近场辐射换热曲线；图3(a)为本专利技术实施例的一种近场辐射换热热量调整方法中涉及的圆盘结构I在O1O2＝210nm时不同角度下的热调整系数曲线；图3(b)为本专利技术实施例的一种近场辐射换热热量调整方法中涉及的圆盘结构I在O1O2＝160nm时不同角度下的热调整系数曲线；图3(c)为本专利技术实施例的一种近场辐射换热热量调整方法中涉及的圆盘结构I在O1O2＝130nm时不同角度下的热调整系数曲线；图4(a)为本专利技术实施例的一种近场辐射换热热量调整方法中涉及的圆盘结构II在O1O2＝210nm时不同角度下的热调整系数曲线；图4(b)为本专利技术实施例的一种近场辐射换热热量调整方法中涉及的圆盘结构II在O1O2＝160nm时不同角度下的热调整系数曲线；图4(c)为本专利技术实施例的一种近场辐射换热热量调整方法中涉及的圆盘结构II在O1O2＝130nm时不同角度下的热调整系数曲线；图5本为专利技术实施例的一种近场辐射换热热量调整方法中涉及的n型掺杂硅的圆盘结构II在θ＝0°时的近场辐射换热曲线；图6(a)为本专利技术实施例的一种近场辐射换热热量调整方法中涉及的n型掺杂硅材料的圆盘结构II在O1O2＝210nm时不同角度下的热调整系数曲线；图6(b)为本专利技术实施例的一种近场辐射换热热量调整的方法中涉及的n型掺杂硅材料的圆盘结构II在O1O2＝160nm时不同角度下的热调整系数曲线；图6(c)本为专利技术实施例的一种近场辐射换热热量调整的方法中涉及的n型掺杂硅材料的圆盘结构II在O1O2＝130nm时不同角度下的热调整系数曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1(a)为本专利技术实施例的一种近场辐射换热热量调整方法中涉及的圆盘结构I的示意图，图1(b)为本专利技术实施例的一种近场辐射换热热量调整方法中涉及的圆盘结构II的示意图。如图1(a)和图1(b)所示：结构I和II都是有两个圆盘组成，所述圆盘的中心分别为O1和O2，在真空中间隔布置，其间距为O1O2，所述圆盘的中心轴线之间的夹角为θ,所述圆盘间的间距小于圆盘温度对应的特征波长。在本专利技术的实施例中，间距O1O2为130～210nm。在本专利技术的实施例中，所述圆盘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近场辐射换热热量调整器，其特征在于，该调整器包括两个圆盘，两圆盘在真空中间隔布置，且两圆盘的中心轴线呈一定夹角，通过改变所述夹角大小即可实现换热热量的调整。

【技术特征摘要】
1.一种近场辐射换热热量调整器，其特征在于，该调整器包括两个圆盘，两圆盘在真空中间隔布置，且两圆盘的中心轴线呈一定夹角，通过改变所述夹角大小即可实现换热热量的调整。2.根据权利要求1所述的一种近场辐射换热热量调整器，其特征在于，所述两圆盘的中心间距小于圆盘温度对应的特征波长。3.根据权利要求1或2所述的一种近场辐射换热热量调整器，其特征在于，所述间距为130～210nm。4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种近场辐射换热热量调整器，其特征在于，所述圆盘的直径为200～800nm，厚度为10～100nm。5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种近场辐射换热热量调整方法,其特征在于，所述夹角θ为0°～-90°。6.根据权利要求1-5中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：程强，贾志浩，宋金霖，周昆，卢璐，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42