CN107328273A - 一种高性能非接触式热流调节器 - Google Patents

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刘向雷
沈加东
宣益民
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/02—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the heat-exchange media travelling at an angle to one another

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Abstract

本发明提供一种高性能非接触式热流调节器，包括：两层结构相同的纳米薄膜层，纳米薄膜层由自然双曲材料制成；两层纳米薄膜层平行设置且两层纳米薄膜层的法线相重合，两纳米薄膜层之间形成真空；每层纳米薄膜层的光轴均平行于薄膜表面，两层纳米薄膜层的光轴之间形成夹角φ；两纳米薄膜层均可绕自身法线旋转，旋转过程中，两层纳米薄膜层的光轴夹角φ变化范围为0°至90°。本发明采用自然双曲材料制作成纳米薄膜，无需进一步对材料表面进行光刻等微加工形成光栅，制作简单；热流调节基于近场辐射能量传输，可以避免机械接触；通过机械性旋转操作两薄膜光轴间夹角可获得较宽的热流密度调节范围，操作简便。

Description

一种高性能非接触式热流调节器
技术领域
本发明属于辐射换热技术领域，具体涉及一种高性能非接触式热流调节器。
背景技术
热辐射作为传热三种基本方式之一，自上世纪初发展完善基本理论后，在热科学和热工程中广为应用。但随着纳米科技的快速发展，研究发现间隔小于或与特征波长同数量级的两物体间的换热量会超过甚至数十倍于同温度下的两黑体之间的换热量，这称之为近场热辐射。近场热辐射在许多基础研究和工程技术中十分重要，如能量转换、纳米制造设备、亚衍射极限热成像等。近年来，研究人员提出利用近场热辐射对热流进行调控，然而需要对材料表面进行复杂光刻等微加工技术，制造复杂，成本高昂。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种高性能非接触式热流调节器。该调节器采用自然界存在的双曲材料，通过薄膜工艺制作成纳米薄膜，而无需进一步对材料表面进行光刻等微加工形成光栅，制作简单；薄膜之间的传热基于近场热辐射，可以避免器件间的接触；热流密度调节范围宽泛。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种高性能非接触式热流调节器，包括两层结构相同且厚度均匀的纳米薄膜层，纳米薄膜层由自然双曲材料制成；两层纳米薄膜层平行设置且两层纳米薄膜层的法线相重合，两纳米薄膜层之间形成真空或填充有超低压气体；每层纳米薄膜层的光轴均平行于薄膜表面，两层纳米薄膜层的光轴之间形成夹角φ；两纳米薄膜层均可绕自身法线旋转，旋转过程中，两层纳米薄膜层的光轴夹角φ变化范围为0°至90°。进一步的，所述纳米薄膜层为六方氮化硼纳米薄膜层。
进一步的，所述纳米薄膜层的厚度为1～50nm。
进一步的，所述纳米薄膜层的厚度为1nm。
进一步的，所述两层纳米薄膜层相对面之间的距离为20～50nm。
进一步的，所述两层纳米薄膜层相对面之间的距离为40nm。
有益效果：本发明提供的高性能非接触式热流调节器，采用自然双曲材料加工成纳米薄膜，无需进一步对材料进行复杂的微加工，制作相对简单；通过机械性旋转两薄膜光轴间夹角可获得较宽的热流密度调节范围，操作简便。
附图说明
图1为本发明的单个特征结构示意图；
图中：1、第一纳米薄膜层，2、第二纳米薄膜层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的说明。
图1所示为本发明的结构图，如图所示，本发明所述高性能非接触式热流调节器包括两层结构相同且厚度均匀的纳米薄膜层，纳米薄膜层由自然双曲材料制成；两层纳米薄膜层平行设置且两层纳米薄膜层的法线相重合，两纳米薄膜层之间形成真空或填充有超低压气体；每层纳米薄膜层的光轴均平行于薄膜表面，两层纳米薄膜层的光轴之间形成夹角φ；两纳米薄膜层均可绕自身法线旋转，旋转过程中，两层纳米薄膜层的光轴夹角φ变化范围为0°至90°。
第一纳米薄膜层1和第二纳米薄膜层2均采用自然双曲材料六方氮化硼，两纳米薄膜层的厚度均匀且厚度相同，第一纳米薄膜层1和第二纳米薄膜层2之间的间隔距离任意。该热流调节器采用自然双曲材料，无需微加工，制造简单，且通过机械性旋转操作可获得较宽的热流密度调节范围，操作简便。以下通过三个实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
第一纳米薄膜层1的温度为310K，第二纳米薄膜层2的温度为290K。第一纳米薄膜层1和第二纳米薄膜层2的厚度均为10nm，两纳米薄膜层间隔距离为10nm，两纳米薄膜层光轴夹角从0°变化至90°时，通过涨落-耗散理论并结合并矢格林函数法计算得到，最大和最小热流密度为两光轴夹角分别等于0°和90°，各自是70823.5W/m2和20200.9W/m2，热流密度调节范围为1～3.51。各对应角度的热流密度以及对应角度的热流密度与最大热流密度(即两光轴夹角为0°时对应的热流密度)的比值如表格1所示：
表1
实施例2：
第一纳米薄膜层1的温度为310K，第二纳米薄膜层2的温度为290K。第一纳米薄膜层1和第二纳米薄膜层2之间的间隔为10nm，两纳米薄膜层光轴夹角取0°和90°，第一纳米薄膜层1和第二纳米薄膜层2的厚度从1nm变化至10000nm时，通过涨落-耗散理论并结合并矢格林函数法计算得到，两纳米薄膜层厚度在10nm以内可获得较宽的热流密度调节范围，其中厚度为1nm时，热流密度调节范围最宽为1～5.36。各薄膜层厚度对应的最大热流密度(即两光轴夹角为0°)、最小热流密度(即两光轴夹角为90°)和最大与最小热流密度比率如表格2所示：
表2
实施例3：
第一纳米薄膜层1的温度为310K，第二纳米薄膜层2的温度为290K。第一纳米薄膜层1和第二纳米薄膜层2的厚度均为10nm，两纳米薄膜层光轴夹角取0°和90°，第一纳米薄膜层1和第二纳米薄膜层2之间的间隔距离从5nm变化至100nm时，通过涨落-耗散理论并结合并矢格林函数法计算得到，第一纳米薄膜层1和第二纳米薄膜层2之间的间隔距离在20～50nm可获得较宽的热流密度调节范围，其中间隔为40nm时，热流密度调节范围最宽，为1～4.16。各间隔距离对应的最大热流密度(即两光轴夹角为0°)、最小热流密度(即两光轴夹角为90°)和最大与最小热流密度比率如表格3所示：
表3
两薄膜层间隔(nm) 最大热流密度(W/m2) 最小热流密度(W/m2) 比率
5 252068.2 87558.1 2.88
10 71026.6 20231.4 3.51
20 18802.3 4694.5 4.01
30 8381.2 2023.0 4.14
40 4636.7 1113.4 4.16
50 2898.7 704.2 4.12
60 1962.2 491.7 3.99
70 1406.8 370.3 3.80
80 1054.5 296.1 3.56
90 817.7 246.7 3.31
100 655.0 215.1 3.04
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种高性能非接触式热流调节器，其特征在于，包括两层结构相同且厚度均匀的纳米薄膜层，纳米薄膜层由自然双曲材料制成；两层纳米薄膜层平行设置且两层纳米薄膜层的法线相重合，两纳米薄膜层之间形成真空；每层纳米薄膜层的光轴均平行于薄膜表面，两层纳米薄膜层的光轴之间形成夹角φ；两纳米薄膜层均可绕自身法线旋转，旋转过程中，两层纳米薄膜层的光轴夹角φ变化范围为0°至90°。
2.根据权利要求1所述的一种高性能非接触式热流调节器，其特征在于，所述纳米薄膜层为六方氮化硼纳米薄膜层。
3.根据权利要求2所述的一种高性能非接触式热流调节器，其特征在于，所述纳米薄膜层的厚度为1～50nm。
4.根据权利要求3所述的一种高性能非接触式热流调节器，其特征在于，所述纳米薄膜层的厚度为1nm。
5.根据权利要求2所述的一种高性能非接触式热流调节器，其特征在于，所述两层纳米薄膜层相对面之间的距离为20～50nm。
6.根据权利要求5所述的一种高性能非接触式热流调节器，其特征在于，所述两层纳米薄膜层相对面之间的距离为40nm。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113845082A (zh) * 2021-09-08 2021-12-28 清华大学 辐射热流调控器件及其应用

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090277488A1 (en) * 2008-05-12 2009-11-12 Mtvp Corporation Method and structure, using flexible membrane surfaces, for setting and/or maintaining a uniform micron/sub-micron gap separation between juxtaposed photosensitive and heat-supplying surfaces of photovoltaic chips and the like for the generation of electrical power
US20120038219A1 (en) * 2010-03-25 2012-02-16 Bingnan Wang Wireless Energy Transfer with Anisotropic Metamaterials
CN106546122A (zh) * 2016-10-11 2017-03-29 华中科技大学 一种近场辐射换热热量调整器及调整方法
CN106558263A (zh) * 2016-11-01 2017-04-05 同济大学 一种室温多稳态平衡微机械系统及其实现方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090277488A1 (en) * 2008-05-12 2009-11-12 Mtvp Corporation Method and structure, using flexible membrane surfaces, for setting and/or maintaining a uniform micron/sub-micron gap separation between juxtaposed photosensitive and heat-supplying surfaces of photovoltaic chips and the like for the generation of electrical power
US20120038219A1 (en) * 2010-03-25 2012-02-16 Bingnan Wang Wireless Energy Transfer with Anisotropic Metamaterials
CN106546122A (zh) * 2016-10-11 2017-03-29 华中科技大学 一种近场辐射换热热量调整器及调整方法
CN106558263A (zh) * 2016-11-01 2017-04-05 同济大学 一种室温多稳态平衡微机械系统及其实现方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BIEHS SA,ROSA FSS,BEN-ABDALLAH P: "Modulation of near-field heat transfer between two gratings", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 *
LIU XIANGLEI,XUAN YIMIN: "Super-Planckian thermal radiation enabled by hyperbolic surface phonon polaritons", 《SCIENCE CHINA(TECHNOLOGICAL SCIENCES)》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113845082A (zh) * 2021-09-08 2021-12-28 清华大学 辐射热流调控器件及其应用
CN113845082B (zh) * 2021-09-08 2022-10-18 清华大学 辐射热流调控器件及其应用

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