一种基于直流电压偏置石墨烯的近场辐射热调谐器制造技术

一种基于直流电压偏置石墨烯的近场辐射热调谐器。本发明专利技术属于热调谐器领域。本发明专利技术的目的是为了解决现有利用磁场主动控制石墨烯的磁光效应来控制近场辐射换热存在的磁场强度过大而导致实际生产无法提供以及强磁场会干扰电子元件的技术问题。本发明专利技术的一种基于直流电压偏置石墨烯的近场辐射热调谐器由接收端复合结构、发射端复合结构和设置于二者之间的间隔物构成，所述接收端复合结构由接收端直流电压发生器、接收端基底和接收端石墨烯镀层构成；所述发射端复合结构由发射端直流电压发生器、发射端基底和发射端石墨烯镀层构成。本发明专利技术的调谐器能对近场辐射换热能力产生强烈的调节作用。同时，基于直流电流的调节不会对其余的电子元器件产生干扰。其余的电子元器件产生干扰。其余的电子元器件产生干扰。

【技术实现步骤摘要】
一种基于直流电压偏置石墨烯的近场辐射热调谐器


[0001]本专利技术属于热调谐器领域，具体涉及一种基于直流电压偏置石墨烯的近场辐射热调谐器。

技术介绍

[0002]与经典辐射相比，两个物体之间的辐射传热可以通过使它们彼此靠近以提供倏逝波的隧穿效应来显著增强。由于大量的热通量在热调谐器的应用中至关重要，因此一直致力于通过控制各种材料和结构参数来优化和增强这种热调谐器。通常，由于对传热的主要贡献来自表面状态，因此热调谐器的普遍思路是在传热中调节表面状态。例如，调节支撑表面声子极化激元的极性介质材料的结构(cBN、SiC等)或者调节可以支撑表面等离子极化激元的体系的结构(金属、半导体等)被广泛应用于近场辐射热调谐器的开发。但是，极性介质材料和金属材料中的高损耗特性会破坏表面波的出色性能，从而削弱热调谐器的调节能力。
[0003]近来，基于石墨烯卓越的光学性能，将石墨烯片用于热调谐器中，以寻找调节辐射热传递的新方法已经成为研究热点。目前已经有了利用磁场主动控制石墨烯的磁光效应来主动控制近场辐射换热。但是其所需的磁场强度大大超过实际生产所能提供的磁场强度，同时强磁场也会不可避免的干扰其他电子元件的使用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有利用磁场主动控制石墨烯的磁光效应来控制近场辐射换热存在的磁场强度过大而导致实际生产无法提供以及强磁场会干扰电子元件的技术问题，而提供一种基于直流电压偏置石墨烯的近场辐射热调谐器。
[0005]本专利技术的一种基于直流电压偏置石墨烯的近场辐射热调谐器由接收端复合结构、发射端复合结构和设置于二者之间的间隔物构成，接收端复合结构和发射端复合结构之间通过间隔物形成真空间隙；所述接收端复合结构和发射端复合结构完全相同且相对于间隔物对称设置，所述接收端复合结构由接收端直流电压发生器、接收端基底和接收端石墨烯镀层构成，接收端石墨烯镀层镀于接收端基底下表面，接收端直流电压发生器通过导线和栅极与接收端石墨烯镀层相连接；所述发射端复合结构由发射端直流电压发生器、发射端基底和发射端石墨烯镀层构成，发射端石墨烯镀层镀于发射端基底上表面，发射端直流电压发生器通过导线和栅极与发射端石墨烯镀层相连接。
[0006]进一步限定，所述接收端直流电压发生器提供的电压为10V～800V。
[0007]进一步限定，所述发射端直流电压发生器提供的电压为10V～800V。
[0008]进一步限定，通过接收端直流电压发生器控制接收端石墨烯镀层中直流漂移电流的速度为105m/s～9
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105m/s。
[0009]进一步限定，通过发射端直流电压发生器控制发射端石墨烯镀层中直流漂移电流的速度为105m/s～9
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105m/s。
[0010]进一步限定，所述接收端基底和发射端基底材料相同，均为金属材料、具有金属性质的材料、半导体材料中的一种。
[0011]进一步限定，所述接收端石墨烯镀层为单层石墨烯或多层石墨烯，单层厚度为0.335nm。
[0012]进一步限定，所述发射端石墨烯镀层为单层石墨烯或多层石墨烯，单层厚度为0.335nm。
[0013]进一步限定，所述单层石墨烯通过微机械剥离法或外延生长法制得。
[0014]进一步限定，所述单层石墨烯通过磁控溅射、真空蒸发、溶胶-凝胶或脉冲激光沉积镀于相应基底表面，形成接收端石墨烯镀层或发射端石墨烯镀层。
[0015]进一步限定，所述接收端复合结构和发射端复合结构的垂直间距为10nm～50nm。
[0016]进一步限定，所述间隔物为通过刻蚀方法制得的硅圆柱阵列结构。
[0017]本专利技术与现有技术相比具有的优点：
[0018]1)本专利技术利用直流电流能够调节石墨烯薄片等离子极化激元的特性，将之引入近场热辐射构成热量调节装置，能够更大程度地增强近场热辐射并远超普朗克黑体辐射定律。
[0019]2)本专利技术使用的二维材料复合异质结构支持具有超高局域态密度的非互易表面等离激元，这种耦合模态的强度可以通过改变复合结构中的直流电压大小予以实现，这使得本专利技术的近场辐射热调谐器具有比较优异的近场热辐射调制能力。
[0020]3)本专利技术通过对石墨烯表面施加一定的直流电流，可以实现将石墨烯表面激元从各向同性转变为极端不对称的各向异性特性，从而改变热流量，进而对其表面激元强度和近场辐射换热能力产生强烈的调节作用。与此同时，基于直流电流的调节手段也不会对换热系统内其余的电子元器件产生强烈的干扰。并且直流电流更加便于产生和操控。
[0021]4)本专利技术的热调谐器发射端与接收端之间是相互平行的。两个复合结构之间的间距是“微纳米量级”所谓微纳米量级是指小于热辐射特征波长，该特征波长300K时为9.7μm，过小的间距可能造成加工成本急剧提高，过大的间距会导致由石墨烯激发的等离子激元在真空中存在较大的损耗，从而降低直流电流对石墨烯等离子激元的调剂作用，进而严重阻碍了直流电流(直流电压)对该专利技术的近场辐射换热的调制能力。
附图说明
[0022]图1为本专利技术基于直流电压偏置石墨烯的近场辐射热调谐器的结构图；1-接收端直流电压发生器、2-接收端基底、3-接收端石墨烯镀层、4-间隔物、5-发射端石墨烯镀层；6-发射端基底、7-发射端直流电压发生器、8-真空间隙；
[0023]图2为具体实施方式一至五的基于直流电压偏置石墨烯的近场辐射热调谐器在不同直流电流速度的情况下辐射热传递系数与间距的依赖关系图；
[0024]图3为具体实施方式一的基于直流电压偏置石墨烯的近场辐射热调谐器在不同直流电流速度下光谱辐射热传递系数曲线图；其中1-无漂移电流、2-电流速度为3
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105m/s、3-电流速度为6
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105m/s、4-电流速度为9
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105m/s。
具体实施方式
[0025]具体实施方式一(参照图1)：本实施方式的一种基于直流电压偏置石墨烯的近场辐射热调谐器由接收端复合结构、发射端复合结构和设置于二者之间的间隔物4构成，接收端复合结构和发射端复合结构之间通过间隔物4形成真空间隙8；所述接收端复合结构和发射端复合结构完全相同且相对于间隔物4对称设置，所述接收端复合结构由接收端直流电压发生器1、接收端基底2和接收端石墨烯镀层3构成，接收端石墨烯镀层3镀于接收端基底2下表面，接收端直流电压发生器1通过导线和栅极与接收端石墨烯镀层3相连接；所述发射端复合结构由发射端直流电压发生器7、发射端基底6和发射端石墨烯镀层5构成，发射端石墨烯镀层5镀于发射端基底6上表面，发射端直流电压发生器7通过导线和栅极与发射端石墨烯镀层5相连接；所述发射端作为热源；所述接收端作为冷源；
[0026]所述接收端直流电压发生器1和发射端直流电压发生器7提供的电压为10V～800V；通过接收端直流电压发生器1控制接收端石墨烯镀层3中直流漂移电流的速度为105m/s～9
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105m/s；通过发射端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于直流电压偏置石墨烯的近场辐射热调谐器，其特征在于，该热调谐器由接收端复合结构、发射端复合结构和设置于二者之间的间隔物(4)构成，接收端复合结构和发射端复合结构之间通过间隔物(4)形成真空间隙(8)；所述接收端复合结构和发射端复合结构完全相同且相对于间隔物(4)对称设置，所述接收端复合结构由接收端直流电压发生器(1)、接收端基底(2)和接收端石墨烯镀层(3)构成，接收端石墨烯镀层(3)镀于接收端基底(2)下表面，接收端直流电压发生器(1)通过导线和栅极与接收端石墨烯镀层(3)相连接；所述发射端复合结构由发射端直流电压发生器(7)、发射端基底(6)和发射端石墨烯镀层(5)构成，发射端石墨烯镀层(5)镀于发射端基底(6)上表面，发射端直流电压发生器(7)通过导线和栅极与发射端石墨烯镀层(5)相连接。2.根据权利要求1所述的一种基于直流电压偏置石墨烯的近场辐射热调谐器，其特征在于，所述接收端直流电压发生器(1)和发射端直流电压发生器(7)提供的电压均为10V～800V。3.根据权利要求1所述的一种基于直流电压偏置石墨烯的近场辐射热调谐器，其特征在于，通过接收端直流电压发生器(1)控制接收端石墨烯镀层(3)中直流漂移电流的速度为105m/s～9
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105m/s，通过发射端直流电压发生器(7)控制发射端石墨烯镀层(5)中直流漂移电流的速度为105m/s～...

【专利技术属性】
技术研发人员：易红亮，周承隆，张勇，谈和平，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：