研究成果

近日，以山东高等技术研究院刘睿一博士为第一作者，崔峥研究员和吴小虎研究员为共同通讯作者，发表于期刊《International Journal of Extreme Manufacturing》的论文《Near-field radiative heat transfer in hyperbolic materials》获得2022 IJEM Best Paper Award最佳论文奖。

工作介绍：

当物体间距达到微纳米级别时，近场辐射换热（NFRHT）可以超过黑体辐射极限，随着微纳电子器件能耗的快速增长，具有超普朗克热现象的近场辐射换热在高效能量转换和热调制方面逐渐展现出巨大的应用潜力。双曲材料作为一种特殊的各向异性材料，其色散曲线呈双曲线形状，这使得双曲材料能够支持宽频带、大波矢量的电磁波传播，因此能在近场辐射换热中有更为出色的表现。双曲材料的近场辐射换热因其特殊性质和巨大潜力，成为近年来受到广泛关注的一个研究领域。

本工作与哈尔滨工业大学易红亮教授课题组合作，对双曲材料的近场辐射换热进行了全面的总结。本文首先着眼双曲材料，从介电常数和色散曲线的角度介绍了双曲材料的概念，并对纳米线结构、金属-电介质多层结构、金字塔阵列结构、石墨烯基超材料等人工双曲超材料和天然双曲材料进行了分类介绍。

随后，总结了人工双曲超材料（纳米线、多层结构）和天然双曲材料的制备和表征方法，并介绍了计算双曲材料近场辐射换热的理论推导过程和计算公式。

接下来，分类汇总了现有的双曲超材料和天然双曲材料的近场辐射换热研究。双曲材料支持表面极化激元的宽带激发，并能与石墨烯等离激元耦合产生更为丰富的近场辐射现象，本文汇总了现有的双曲材料/二维材料异质结构近场辐射换热研究，对表面等离激元与双曲声子激元耦合产生的杂化激元种类，以及杂化激元对近场辐射换热产生的显著增强进行了介绍。

在总结完理论工作之后，本文对现有的近场辐射换热实验工作进行了梳理，从实验结构的演变、平板结构实现平行的方法、样品温度测量方法、辐射热流量测量方法等方面展开了介绍。近年来，也出现了以双曲材料为研究对象的近场辐射换热实验，本文对这些实验工作进行了详细介绍。

双曲材料的宽频带激元激发和大波矢量的电磁波传播带来了近场辐射换热的显著增强，具有巨大的应用潜力。本文总结了将双曲材料用于扭转热开关、近场热光伏等应用的工作，这些案例体现出双曲材料的近场辐射换热在电子器件热管理、高效光电转换等应用领域的广阔前景。

本工作对双曲材料近场辐射换热的相关研究进行了全面梳理，将为双曲材料的光电特性以及近场辐射换热领域进一步的研究提供参考。

论文信息：

Ruiyi Liu, Chenglong Zhou, Yong Zhang, ZhengCui*, Xiaohu Wu*, and Hongliang Yi, Near-field radiative heat transfer inhyperbolic materials, International Journal of Extreme Manufacturing 4(2022)032002.

论文链接：

https://doi.org/10.1088/2631-7990/ac64d6