耗散各向异性介质中辐射-导热传热动力学

我们发展了一种自洽的理论形式化模型，以描述耗散、各向异性纳米尺度介质（如超材料）中热传递的 dynamics。我们采用 envelope dyadic Green's 函数方法求解 Maxwell's 宏观方程，以求解这些介质中波动电磁场的传播。我们假设介质中的光子辐射热传递机制将由 dynamic 声子机制的热储存和导热补充，accounting for local 热生成效应。通过采用 Poynting 定理和 fluctuation-dissipation 定理，我们推导出 radiative 热通量和 photonic-phononic 子系统耦合项的 novel closed-form 表达式，其中包含 heating rate 和 radiative 热功贡献。我们将该形式化方法应用于各向异性介质中的平行热传递，给出相关的 closed-form 表达式。通过考虑高斯横向温度 profile，我们也获得并求解了用于描述各向异性 reciprocal 介质中平行热传递的 integro-differential 热扩散方程组。通过将所developed 分析模型应用于由硅氧化物和锗层构成的纳米层状介质中的 radiative-conductive 热传递，我们计算了前三个 order 展开和 total 温度 profile。本研究结果对与 thermophotovoltaics、能源收集、radiative 冷却以及 micro-和 nanoscale 热管理相关的科学与技术领域具有重要意义。