开题报告
文献综述
接触热阻，两个名义上互相接触的固体表面，实际上接触仅仅发生在一些离散的面积微元上，在未接触的界面之间的间隙常常充满了空气，热量将以导热的方式穿过这种气隙层，这种情况与固体表面完全接触相比，增加了附加的传递阻力，称为接触热阻。接触热阻等于两个交界表面温度之差除以热流量。接触热阻单位是：(㎡·K)/W。交界面上接触热阻的存在主要是由于表面粗糙度的影响。接触部位之间普遍存在着空隙，间隙中充满着空气。因此传热是通过接触间隙的传导、辐射、对流实现的。接触热阻可以看作是两个并联的热阻：一是来自于接触部分的热阻，二是来自无接触部分的热阻。
在过去的几十年里发展了很多接触热阻模型和数值仿真方法。在绝大多数模型中，接触热阻被认为是界面上所有离散接触点热阻的综合效应。Greenwood等提出了一种计算接触热导的方法，即假设界面高度分布的所有接触点的平行热导（热阻的倒数）之和。Mikic还提出了符合高度分布的接触热阻关于粗糙度的均方根和粗糙度斜率绝对值的平均值的简单相关性关系。Wahid等通过有限差分法研究了假设接触部分形状为锥台时的热传导。结果表明，间隙热导是接触热阻的主要影响因素，随着锥角减小，间隙厚度减小，间隙热导率增大。但是，其假定所有接触点的大小相同，分布均匀，这是与现实不一致的。在上述的模型中，都假设了所有接触点都是完全接触，并且都是规定的形状。然而在现实中，大量不同形状和大小的接触点随机分布在界面上，使得通过接触点的热流分布变得复杂。Black等以接触界面是由一系列半径不同且接触点随机分布的情况来研究接触热阻，采用了非线性曲线拟合法综合预测接触热阻的相关性。此外，接触面在真实界面中的分布通常无法测量，除非表面形貌描述已知，如平均表面微凸体高度。Hong等人开发了一个完整的热力学模型，该模型通过考虑接触微凸体之间不同程度的错位来解释微凸体之间的部分接触。然而，在这两项研究中，接触热阻都被描述为平均微凸体凹凸程度、微凸体密度和平均微凸体半径等表面描述因子的函数，这些都是不能直接测量的，只能通过严格的表面形貌分析来估计。Singhal等人开发了一个热-力耦合预测模型，该模型使用实际表面轮廓数据，结合变形分析，预测用于计算接触热阻的实际接触面积。然而，他们将两个粗糙表面之间的接触近似为具有等效特性的单个粗糙表面与完全光滑表面之间的接触。虽然这个假设在力学模型中是正确的(因为等效接触的总力和变形保持不变)，但它可能会削弱非均匀界面对热流的一些物理效应。此外，他们研究开发的表面形貌模型繁琐且难以使用。Jackson等研究了尺度效应对接触热阻的力学和热学特性的影响。在他们的研究中，使用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation, FFT)来产生粗糙表面。然而，通过FFT方法或高斯分布函数产生粗糙的表面仍然不能准确地描述真实的表面形貌。此外，由于在微观尺度上的尺度效应，使用宏观方法来研究接触点处的传热是不令人满意的。因此，一些研究人员利用微观方法研究微观尺度上的接触热阻。Zou等使用蒙特卡罗方法来模拟分形表面。Landry等利用分子动力学方法研究了Si/Ge界面的边界热阻。Yang等基于分子动力学结合有限元方法研究了电子封装中的接触热阻。Cui等结合格子玻尔兹曼法和传统的有限差分法来计算电子封装上两个粗糙表面之间的接触热阻。然而研究中并不包括近场辐射的热流密度。
众所周知，温度在绝对零度以上的物体都会产生热辐射，它以电磁波的形式进行传播。这种电磁波有传播波和倏逝波两种。传播波是由电子热运动引起的，它能离开物体表面在自由空间内传播，属于远场辐射，可通过普朗克黑体辐射理论来解释。倏逝波是由电荷库仑力引起的，它仅存在于物体表面，只能沿平行表面方向传播而不能沿垂直表面的方向传播，属于近场辐射。从上个世纪六七十年代开始，国内外研究者通过理论和实验对近场辐射展开的广泛的研究。
Volokitin等人通过计算得出，由于光子隧道效应和表面极化激元的作用，近场辐射的热通量会比常用于远场辐射的斯蒂芬-玻耳兹曼定律的计算结果大5-6个数量级。这说明斯蒂芬-玻耳兹曼定律已不能准确地描述近场区域的热辐射。1958年, Rytov等人建立了涨落耗散理论和涨落电动力学。研究表明, 基于该理论成果采用格林函数方法可对处于热平衡状态下物体的近场热辐射进行有效研究。1971年，Polder D等人首次从理论上推导出两个平行平板间的近场热辐射公式。由于受当时技术水平的限制，近场热辐射现象并未得到广泛重视。之后，Domingues G等人通过分子电动力学模拟法和偶极子近似法计算了纳米微粒之间的近场辐射热通量。Narayanaswamy A等人通过利用亥姆霍兹矢量方程的格林并矢法和涨落-耗散理论,研究了具有一定温差的两个SiO2球形粒子之间的近场热辐射。数值模拟结果表明，proximity force approximation近似法只适用于粒子半径大于间距而小于热辐射波长的区域。当粒子半径大于辐射波长时，近场热辐射只能通过传统辐射理论来解释。
受益于微纳米技术的迅速发展，关于两个平面之间的近场辐射，国内外学者也做了不少研究。Chen G等人通过涨落耗散理论和格林函数法研究了两个介质层之间的近场热辐射，计算出真空条件下具有一定温差的氮化硼平板与光电材料平板之间的辐射热通量。当平板间距大于辐射波长时，辐射热通量为恒定值;当平板间距小于辐射波长时，辐射热通量随间距的减小而明显增加。Greffet等人根据涨落电动力学理论计算了真空条件下具有--定温差的两块半无限大平行玻璃板之间和两块半无限大平行SiC平板之间的传热系数。当间距大于10mu;m时，传热系数与间距无关，辐射能量以传播波的形式传输。当间距小于10mu;m而大于辐射波长时，传热系数与距离的平方成反比。当间距处于10nm的近场区域内时，传热系数比远场区域的大4个数量级。除此之外，还有许多国内外学者对两平面间的近场辐射做了不少研究。
总的来说，随着纳米技术发展,近场热辐射在热光电系统、高密度磁光存储和近场探测等方面得到了广泛应用。虽然国内外近场热辐射研究的范围较为广泛，但总体而言它们还处于基础研究阶段，目前国内外学者普遍认为，近场辐射热通量与间距的6次方成反比，并且近场辐射比远场辐射热通量大5-6个数量级。
参考文献
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