一种球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器制造技术

本发明专利技术属于热调整器相关技术领域，并具体公开了一种球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器。该近场辐射热调整器包括结构相同并且对称设置的两个复合结构，每个复合结构采用向列相液晶作为基底，利用碳化硅/掺杂硅的核壳球形颗粒进行填充，从而在p偏振和s偏振下均具有近场辐射换热能力。本发明专利技术能够较好地增强和调制p、s两种偏振下的近场辐射换热的能力，同时采用向列相液晶作为基底材料，在调节中红外波段的光学特性方面表现出了极其丰富的光电特性，从而能够通过施加电场等手段实现方便可行的控制，此外，与碳化硅单核结构相比，本发明专利技术具有更大的热流密度和更高的热调整系数，有助于在纳米尺度上用相对简单的制备方法实现热调整。

A kind of near-field radiation heat regulator filled with spherical particles

【技术实现步骤摘要】
一种球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器
本专利技术属于热调整器相关
，更具体地，涉及一种球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器。
技术介绍
通过设计结构和组成制备的人工超材料，得到了光学隐身、超透镜和光子电路等不寻常的光学应用。通过超材料来调整电磁响应的可能性也为调节近场辐射换热进行了铺垫。当表面极化激元，包括等离子体激元和表面声子激元被激发时，两个物体之间的距离小于热辐射的特征波长时辐射换热量超过了普朗克定律的黑体辐射极限几个数量级。只能在p偏振下得到激发的表面极化激元可以为非磁性材料提供准单色的辐射换热。而在s偏振下对表面极化激元的激发需要通过构造复杂结构实现负磁导率，已经有研究例如嵌入超材料中的碳化硅纳米线，这种构造的s偏振下的近场辐射热流是不可忽略的。在这种情形下虽然可以获得较高的热流密度，但复杂的结构阻碍了超材料的实现。与细纳米线、纳米棒、开口谐振环和鱼网结构等超材料的复杂结构相比，米氏共振超材料具有易于制造的与生俱来的优势。目前已经有对米氏材料构成的近场热光伏发射器的研究，发射器由钨纳米颗粒嵌入到二氧化硅薄膜并沉积在块体钨上构成。由于粒子半径只有20nm，无法实现强烈的磁偶极子的激发，因此只考虑了p偏振波对辐射换热的贡献。结果表明，采用米氏超材料发射器，整个近场热光伏系统能够增强锑化镓基光伏电池带隙以上光子的选择性辐射换热。而颗粒填充的基底作为米氏共振超材料的重要组成部分，对整体材料的光学性能有着巨大的影响。向列相液晶是一种具有巨大潜力的可调谐超材料。研究人员通过将液晶作为米氏共振超材料的基底，实现了超材料在光学和太赫兹波段的负-零-正的折射率的调节，这种调节是通过液晶主轴方向与光波矢量之间的角度来控制的。尽管基于米氏共振的超材料有诸多优点，但对核壳结构的颗粒构成的米氏超材料的近场辐射换热研究甚少。而且粒子的基底材料对米氏超材料的光学性质有着极其重要的影响，但在近场辐射的机制下基底材料对换热的影响也是一个需要迫切研究的课题。
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球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器，其中利用碳化硅/掺杂硅的核壳球形颗粒填充向列相液晶制备复合结构，并将复合结构以纳米级间距对称设置获得近场辐射热调整器，相应能够在p偏振和s偏振下均具有近场辐射换热能力，因而尤其适用于近场辐射的应用场合。为实现上述目的，本专利技术提出了一种球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器，该近场辐射热调整器包括结构相同并且对称设置的两个复合结构，每个所述复合结构采用向列相液晶作为基底，利用碳化硅/掺杂硅的核壳球形颗粒进行随机填充，从而在p偏振和s偏振下均具有近场辐射换热能力。作为进一步优选地，两个所述复合结构的间距为420nm～1000nm。作为进一步优选地，所述碳化硅/掺杂硅的核壳球形颗粒的填充系数为0.2～0.5。作为进一步优选地，所述碳化硅/掺杂硅的核壳球形颗粒的核半径为0.2μm～0.4μm。作为进一步优选地，所述碳化硅/掺杂硅的核壳球形颗粒的壳半径为0.45μm～0.55μm。作为进一步优选地，所述向列相液晶的主轴与入射光的光波波矢之间的夹角为0°～90°。作为进一步优选地，所述球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器的热调整系数为0.27～0.45。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，主要具备以下的技术优点：1.本专利技术利用碳化硅/掺杂硅的核壳球形颗粒填充向列相液晶制备的近场辐射热调整器，由于p偏振下的电偶极子共振所产生的表面极化激元和p、s偏振下的ENZ共振都有助于辐射换热，故能够较好地增强和调制p、s两种偏振下的近场辐射换热，同时向列相液晶作为基底材料，在调节中红外波段的光学特性方面表现出了极其丰富的光电特性，从而能够通过施加电场等手段实现方便可行的控制，此外，与碳化硅单核结构、LiTaO3/GaSb球形颗粒以及LiTaO3/Au球形颗粒相比，本专利技术具有更大的热流密度和更高的热调整系数，有助于在纳米尺度上用相对简单的制备方法实现热调整；2.尤其是，本专利技术通过对复合结构的间距、碳化硅/掺杂硅的核壳球形颗粒的填充系数、核半径和壳半径进行优化，能够在液晶调节热流的基础上进一步控制热流量，获得较高的热调整系数；3.此外，本专利技术提供的球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器，通过改变向列相液晶的主轴与入射光的光波波矢之间的夹角能够在中红外波段获得具有显著区别的介电函数，从而有明显的热调控效果。附图说明图1是按照本专利技术优选实施例构建的球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器的结构示意图，其中(a)为整体结构示意图；(b)为单个碳化硅/掺杂硅核壳结构的剖面示意图；图2是本专利技术提供的球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器的介电函数和磁导率实部，其中核壳球形颗粒的核半径为0.62μm，壳半径为0.65μm；图3是本专利技术提供的碳化硅/掺杂硅的核壳球形颗粒填充向列相液晶构成的米氏材料的波谱热流及相同半径的碳化硅球形颗粒填充向列相液晶构成的米氏材料的波谱热流；图4是本专利技术提供的碳化硅/掺杂硅的核壳球形颗粒填充向列相液晶的近场辐射热调整器或相同半径的碳化硅球形颗粒填充向列相液晶的近场辐射热调整器的穿透系数，其中(a)为碳化硅/掺杂硅的核壳球形颗粒填充向列相液晶的近场辐射热调整器在p偏振下的穿透系数，(b)为碳化硅/掺杂硅的核壳球形颗粒填充向列相液晶的近场辐射热调整器在s偏振下的穿透系数，(c)为碳化硅球形颗粒填充向列相液晶的近场辐射热调整器在p偏振下的穿透系数，(d)为碳化硅球形颗粒填充向列相液晶的近场辐射热调整器在s偏振下的穿透系数；图5是本专利技术提供的碳化硅/掺杂硅的核壳球形颗粒以及相同半径的碳化硅球形颗粒填充向列相液晶的米氏系数随角频率的变化曲线图；图6是本专利技术提供的碳化硅/掺杂硅核壳球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器或利用相同半径的碳化硅球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器中近场辐射热流及热调整系数的变化曲线，其中(a)为近场辐射热流随向列相液晶的主轴方向与入射光的光波波矢之间的夹角θ的变化曲线，(b)是近场辐射热流及对应的热调整系数随体积填充系数的变化曲线；图7是本专利技术提供的碳化硅/掺杂硅核壳结构的球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器与其他材料组合的核壳结构的球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器的总热流变化曲线，在a中热流随液晶主轴与光轴夹角变化，在b中随体积填充系数变化，半径参数为r1＝0.2μm，r2＝0.55μm。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。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器，该近场辐射热调整器包括结构相同并且对称设置的两个复合结构，每个复合结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器，其特征在于，该近场辐射热调整器包括结构相同并且对称设置的两个复合结构，每个所述复合结构采用向列相液晶作为基底，利用碳化硅/掺杂硅的核壳球形颗粒进行随机填充，从而在p偏振和s偏振下均具有近场辐射换热能力。/n

【技术特征摘要】
1.一种球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器，其特征在于，该近场辐射热调整器包括结构相同并且对称设置的两个复合结构，每个所述复合结构采用向列相液晶作为基底，利用碳化硅/掺杂硅的核壳球形颗粒进行随机填充，从而在p偏振和s偏振下均具有近场辐射换热能力。


2.如权利要求1所述的球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器，其特征在于，两个所述复合结构的间距为420nm～1000nm。


3.如权利要求1所述的球形颗粒填充液晶的近场辐射热调整器，其特征在于，所述碳化硅/掺杂硅的核壳球形颗粒的填充系数为0.2～0.5。


4.如权利要求1所述的球形颗粒填...

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