基于近场辐射的介电薄膜热导率模型研究的开题报告.docx

基于近场辐射的介电薄膜热导率模型研究的开题报告
一.研究背景及意义
随着纳米技术的发展，纳米尺度的介电薄膜被广泛应用于热管理、热电材料、生物传感器及电子器件等领域。介电薄膜的热导率是其在上述应用中的重要物理学参数。近年来，越来越多的工作表明，介电薄膜的热导率会受到纳米尺度效应的影响。例如，介电薄膜中的迷宫相互作用、纳米颗粒、纳米孔隙等结构缺陷、表面介质分子运动以及近场辐射效应等都可能对介电薄膜的热导率产生影响。其中，近场辐射效应是一种重要的影响因素，由于近场效应使热能在介质中以非传统方式转移，因此其对介电薄膜热导率的贡献需要特别考虑。
近场辐射效应是指在纳米尺度下，介电薄膜与其周围环境之间的热辐射传输过程中，因为介电薄膜与周围介质之间耦合而引起的非传统热转移现象。这个效应在介电薄膜的热管理中是非常重要的，因为它超越了传统的库伦排斥和挥发分子之类的热传导机制。因此，研究近场辐射效应对介电薄膜热导率的影响，有助于更好地理解介电薄膜在热管理中的行为，并促进介电薄膜的设计和制造。
二.研究内容及方案
本研究将主要从理论计算和实验两个方面入手，旨在推导介电薄膜热导率与近场辐射强度之间的关系，并探索近场辐射效应对介电薄膜热导率的影响。具体研究内容包括：
1.建立介电薄膜的热传输模型：根据固体热传导理论，利用激光热释放技术得到介电薄膜的热扩散系数、导热系数以及热容量，并建立介电薄膜的热传输模型。
2.考虑热电偶测量误差的对热传导模型的修正：热电偶测量的热流密度存在误差，因此需要对建立的热传输模型进行修正，以减小误差对热导率测量数据的影响。
3.推导介电薄膜热导率与近场辐射强度之间的关系：基于介电薄膜的热传输模型和近场辐射效应的物理机制，推导介电薄膜热导率与近场辐射强度之间的关系。
4.实验研究：通过近场光学显微镜（NSOM）系统实验测量得到介电薄膜与其周围环境之间的近场辐射强度，并验证推导出的介电薄膜热导率与近场辐射强度之间的关系。
三.预期研究结果及意义
本研究旨在探究近场辐射对介电薄膜热导率的影响，并建立介电薄膜热导率与近场辐射强度之间的关系模型。预计研究结果将具有以下发现和意义：
1.发现近场辐射效应对介电薄膜热导率的影响：通过理论推导和实验验证，揭示了介电薄膜热导率与近场辐射强度之间的关系，从而进一步深入理解介电薄膜的热传输机制。
2.建立介电薄膜热导率与近场辐射强度之间的关系模型：通过建立介电薄膜的热传输模型和考虑近场辐射效应的物理机制，建立了介电薄膜热导率与近场辐射强度之间的关系模型。
3.促进介电薄膜的设计和制造：通过深入理解近场辐射效应对介电薄膜热导率的影响，促进介电薄膜在热管理、热电材料、生物传感器及电子器件等领域的设计和制造，提高其性能。
四.研究进度安排
本研究预计共耗时2年，具体进度安排如下：
第一年：
1-6月：研究介电薄膜的热传输模型，进行实验测量并建立模型。
7-12月：修正模型，考虑热电偶测量误差的影响。
第二年：
1-6月：研究近场光学显微镜（NSOM）系统实验测量，得到介电薄膜与其周围环境之间的近场辐射强度。
7-12月：通过理论计算和实验验证，建立介电薄膜热导率与近场辐射强度之间的关系模型。
五.参考文献
1.Yu,X.L.,etal.Nanoscalethermaltransport.Appl.Phys.Rev.2015,2,011304.
2.Holm,R.,etal.Thermalconductivityofthinfilmsoninsulatingsubstratesmeasuredbythe3ωmethod:Areview.Renew.Sustain.EnergyRev.2017,80,1377-1392.
3.Shen,S.J.,etal.Near-fieldradiationheattransferbetweentwoparallelmetalplateswithhighlyanisotropicpermittivity.Phys.Rev.B2009,80,195119.