一种基于外尔半金属的双稳态辐射热结构、开关及系统技术方案

本发明专利技术涉及热管理技术领域，具体涉及一种基于外尔半金属的双稳态辐射热结构、开关及系统，双稳态辐射热结构包括热源和冷源，所述辐射热结构还包括设于热源和冷源之间的第一外尔半金属纳米粒子和第二外尔半金属纳米粒，所述第一外尔半金属纳米粒子和第二外尔半金属纳米粒子之间的间距为100

【技术实现步骤摘要】
一种基于外尔半金属的双稳态辐射热结构、开关及系统


[0001]本专利技术涉及热管理
，尤其涉及一种基于外尔半金属的双稳态辐射热结构、开关及系统。

技术介绍

[0002]在一些极端环境，如超高/低温、密集的电磁场和外太空中，电子设备的可靠性大大降低。热电路利用热能而不是电流来处理信息，已经引起了广泛的关注。类似于电路中的元件，热二极管、热开关、热晶体管和热存储器已经被提出【Ben
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Abdallah,et al.,Physical Review Letters 112,044301(2014)】。热器件利用光子进行传输。与声子相比，它不需要任何中间媒介。传统的远场热辐射的强度受到黑体辐射的限制，但当两个物体之间的距离小于热特征波长时，物体之间的辐射换热不遵循史蒂芬玻尔兹曼定律，由于表面等离激元的激发，辐射换热量可以远超黑体极限。
[0003]尽管在一些特殊的应用中，热电路可以很好地替代电气电路，但它需要面对来自环境的热波动的独特挑战。与电路不同的是，它可以很容易地与环境电绝缘，而周围环境的温度波动可能会对热电路造成很大的影响。因此，如何实现热稳定是热器件中的重要问题。
[0004]外尔半金属作为一种新型材料，其独特的性质受到人们的广泛关注。由于其线性色散，外尔半金属具有小而非恒定的态密度，这使得其化学势强烈地依赖于温度【Ashby,et al.,Physical Review B,89,245121(2014)】。因此，它的介电张量和热性质也与温度有关，所以它在不同的温度下可以表现出不同的发射率。因此，基于外尔半金属的热器件在外界温度变化时会展现出新颖的辐射特性。
[0005]以往研究表明，在同样的输入热流与发射体温度下，辐射换热量随接收体的温度降低而单调递减，呈正微分热导率这一普遍规律。此时辐射换热量与温度一一对应，稳态情况容易受外界的温度变化干扰。因此，如何打破这一规律，设计一种负微分导热系统，实现外界温度变化时，辐射换热会从一个稳态向另一个稳态转变，即双稳态热行为是热开关的关键问题。同时，如何利用近场效应，最大限度增强辐射换热，提升热开关性能也有待研究。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种基于外尔半金属的双稳态辐射热结构、开关及系统，以打破在同样的输入热流与发射体温度下，辐射换热量随接收体的温度降低而单调递减，呈正微分热导率这一普遍规律，实现负微分导热，从而实现双稳态热行为。
[0007]基于上述目的，本专利技术提供了一种基于外尔半金属的双稳态辐射热结构，包括热源和冷源，所述辐射热结构还包括设于热源和冷源之间的第一外尔半金属纳米粒子和第二外尔半金属纳米粒，所述第一外尔半金属纳米粒子和第二外尔半金属纳米粒子之间的间距为100
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200nm，且第一外尔半金属纳米粒子和第二外尔半金属纳米粒子的直径相同。
[0008]优选的，所述第一外尔半金属纳米粒子和第二外尔半金属纳米粒子的直径均为10nm。
[0009]所述辐射热结构中第一外尔半金属纳米粒子和第二外尔半金属纳米粒子质检的辐射换热公式为：
[0010]所述第一外尔半金属纳米粒子通过第一悬臂梁固定于热源朝向冷源的一端面。第二外尔半金属纳米粒子通过第二悬臂梁固定于冷源朝向热源的一端面。
[0011]一种基于外尔半金属的双稳态辐射热开关，所述辐射热开关包括所述辐射热结构。
[0012]所述辐射热开关的整体尺寸为0.5
×
0.5
×
1微米。
[0013]本专利技术还提供一种热管理系统，包括所述基于外尔半金属的双稳态辐射热开关。
[0014]本专利技术还提供一种能量存储系统，包括所述基于外尔半金属的双稳态辐射热开关。
[0015]本专利技术中，外尔半金属纳米粒子的共振频率会随温度变化，两个温度不同的外尔半金属纳米粒子可以用极化率的虚部反映粒子的发射率，两个不同温度粒子极化率虚部的耦合会增强粒子间的辐射换热，因此，利用外尔半金属产生的负微分热导率去实现双稳态热行为，进而增强辐射换热。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017](1)本专利技术打破在同样的输入热流与发射体温度下，辐射换热量随接收体的温度降低而单调递减，呈正微分热导率这一普遍规律。利用外尔半金属介电常数随着温度变化的特性，从而借助负微分热导率，实现双稳态热行为，即在发射体温度一定时，接收体在不同温度下可以实现相同的效果。
[0018](2)本专利技术可以利用粒子之间的激发的等离激元增强辐射换热，该结构可以作为一种双稳态辐射热开关在热管理和能量储存等方面有广泛的应用。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术结构示意图；
[0021]图2为本专利技术在T1＝300K时，黑体粒子之间和外尔半金属粒子之间的辐射换热随着接收体温度的变化曲线；
[0022]图3为本专利技术在T1＝300K时，外尔半金属纳米粒子的谱功率随着频率和温度的变化曲线；
[0023]图4为单个纳米粒子极化率的虚部随着温度和频率的变化曲线；
[0024]图5为本专利技术在T2＝345K时，外尔半金属粒子之间的辐射换热量随着T1的变化曲线。
[0025]图中标记为：
[0026]1、热源；2、冷源；3、第一外尔半金属纳米粒子；4、第二外尔半金属纳米粒子；5、第一悬臂梁；6、第二悬臂梁。
具体实施方式
[0027]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进一步详细说明。
[0028]需要说明的是，除非另外定义，本专利技术使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本专利技术中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
[0029]如图1所示，一种基于外尔半金属的双稳态辐射热结构，包括热源和冷源，该辐射热结构还包括设于热源和冷源之间的第一外尔半金属纳米粒子和第二外尔半金属纳米粒，第一外尔半金属纳米粒子和第二外尔半金属纳米粒子之间的间距为100
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200nm，且第一外尔半金属纳米粒子和第二外尔半金属纳米粒子的直径相同。本专利技术中，通过用数据采集装置万用表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于外尔半金属的双稳态辐射热结构，包括热源和冷源，其特征在于，所述辐射热结构还包括设于热源和冷源之间的第一外尔半金属纳米粒子和第二外尔半金属纳米粒，所述第一外尔半金属纳米粒子和第二外尔半金属纳米粒子之间的间距为100
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200nm，且第一外尔半金属纳米粒子和第二外尔半金属纳米粒子的直径相同。2.根据权利要求1所述基于外尔半金属的双稳态辐射热结构，其特征在于，所述第一外尔半金属纳米粒子和第二外尔半金属纳米粒子的直径均为10nm。3.根据权利要求1所述基于外尔半金属的双稳态辐射热结构，其特征在于，所述第一外尔半金属纳米粒子通过第一悬臂梁固定于热源朝向冷源的一端面。第二外尔半金属纳米粒子通过第二悬臂梁固定于冷源朝向热源的一端面。4.根据权利要求1所述基于外尔半金属的双稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴小虎，胡杨，吴必园，
申请(专利权)人：山东高等技术研究院，
类型：发明
国别省市：