2021年3月4日,物理领域顶级综述期刊《物理进展报告》(Reports on Progress in Physics,影响因子18.126)在线刊发了华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧国家重点实验室程强教授团队题为“Many-body near-field radiative heat transfer: methods, functionalities and applications”《多体近场辐射传热:方法、功能及应用》的论文(见图1)。煤燃烧实验室博士后宋金霖(现已入职武汉工程大学)为第一作者,煤燃烧实验室张博硕士生、卢璐博士生、罗自学教授以及机械学院周新平教授为论文共同作者,程强教授和胡润副教授为该论文的通讯作者。
自本世纪初热辐射的近场效应可以远超黑体辐射这一预言得到实验证实以来,有关近场辐射传输的理论和实验研究蓬勃发展、方兴未艾。近十年来,人们逐渐将研究视角转移到多体系统中,相比于两体系统,多体系统更为普遍,多物体间的聚集效应对近场辐射传输更为有利,同时包含的物理内涵也更为丰富。
该综述文章系统回顾了近十年来多体系统近场辐射传输研究的发展历程,并对未来研究方向以及应用前景进行了展望。论文首先介绍了近场辐射传输的基本物理原理,阐述了处理多体近场辐射传输的各种理论方法,包括基于涨落耗散理论的解析法、散射矩阵法、热离散偶极子近似法、波动表面电流法、时域有限差分,以及结合了Boltzmann方程的动力学方法。接着,重点介绍了多体近场辐射传输系统中的新功能,包括辐射传输增强、磁光效应诱导的反常热传输、超扩散和弹道输运行为、光子牵引效应以及聚集热发射等。然后,讨论了基于多体近场辐射传输的潜在应用,包括辐射热波导、热机、热泵、热开关和分流器、非互易热二极管、热晶体管以及热存储和逻辑门等。最后,指出多体近场辐射传输在理论实验研究和实际应用中仍然存在一些挑战和机遇。
程强教授团队近年来在Reports on Progress in Physics、Physical Review Applied、Physical Review B、Applied Physics Letters、Optics Letters、Optics Express等物理及光学顶级和核心期刊上发表了系列微纳尺度辐射特性及近场辐射传热调控的论文。这些工作有助于进一步理解能源利用过程中微纳尺度热辐射新颖的传热机理及物理内涵,开发基于热辐射的新型能源利用及热管理技术。由于热辐射相关工作,程强教授被推荐担任国际传热传质中心(ICHMT)科学理事会成员。
本文得到了国家自然科学基金、中国博士后研究基金和中央高校基本科研基金(华中科技大学)等项目的共同资助。
论文链接:https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6633/abe52b