基于空间 Fourier 域抽样的纳米颗粒与石墨光栅之间的近场辐射热传递

我们研究了在法向或侧向位移情况下，纳米颗粒与覆盖有石墨光栅的磷化硅平面板之间的近场辐射热传递。为此，我们发展并运用了一种从 Fourier 谐模方法派生的散射矩阵方法，增强了局部基函数。我们发现，为磷化硅 slab 添加石墨薄片可使热通量提高约 85%。我们指出，通过将石墨薄片制成光栅结构，可进一步提升热通量，这是由于电磁极化模式从圆形向双曲形拓扑转变所致，后者允许更多能量传递。侧向位移影响可获得的高 $k$ 模式范围，从而影响热通量。通过将纳米颗粒侧向移动至石墨光栅上方，可在光栅条纹上方获得强化的热通量，并表现出强烈的化学势依赖性。对于固定的石墨光栅周期 ($D=1\mu$m) 且垂直位移 (分离 $d<800$nm) 不太大的情况下，已观察到两种不同的侧向位移效应（即增强与抑制）。随着分离 $d$ 的进一步增大，侧向位移效应变得不那么重要。我们指出，侧向位移效应对几何因子 $d/D$ 敏感。提出了两种不同的渐近 regime：(1) 抑制 regime ($d/D<0.85$)，其中侧向位移会降低热传递；(2) 中性 regime ($d/D \geq 0.85$)，其中侧向位移的效应可忽略不计。总体而言，几何因子 $d/D \approx 0.85$ 是侧向位移效应的临界点。我们的预测对纳米/微米尺度的辐射热传递和能源管理具有相关意义。