超材料的电磁波—热能转化研究

发布时间：2023-12-10 13:01

　　设计了一种超材料吸波结构,实现电磁波-热能-电能转化,以及电能的无线传输。利用超材料谐振结构,在超材料表面形成局部热点,研究了超材料结构表面金属厚度对材料表面温度分布的影响,并提出一种热点的利用方案。(1)设计了一种由金属-介质-金属组成的超材料吸波结构,仿真得到在2.433GHz处的电磁波吸收率达到0.99,能量损耗分析表明电磁波能量主要由介质损耗消耗,转化为热能。进一步仿真分析该吸波结构在2.433GHz,入射功率为0.086W·cm-2的电磁波作用下的温度分布,结果表明温度最高达到54.8oC。最后通过实验证实,并结合热电模块,实现电磁-热能-电能转化,在入射电磁波功率为5W时获得8.7%左右的电能无线传输效率。该研究结果在无线温度控制和能量无线传输等领域有潜在应用。(2)研究了一种ELC结构和SRR结构,对其电磁特性和表面温度分布进行仿真,发现可以在样品表面形成局部热点。实验结果表明,入射的电磁波功率为6W时,通过SRR得到的热点温度高达180.7oC。通过超材料谐振结构的局域电场增强效应与超材料内的高损耗介质材料结合,可以有效的收集电磁波以转化为热能,形成热点,有望用于非线性...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 超材料发展与应用前景
        1.2.1 超材料吸波结构和谐振结构
            1.2.1.1 超材料吸波结构介绍
            1.2.1.2 超材料谐振结构
    1.3 热电转换
        1.3.1 热电转换发展
        1.3.2 Seebeck效应
    1.4 红外热成像仪原理简介
    1.5 本文主要内容
第二章 超材料吸波结构电磁波-热能-电能转化研究
    2.1 吸波结构仿真分析
        2.1.1 吸波结构与电磁仿真分析
        2.1.2 吸波结构结构热仿真分析
    2.2 吸波结构实验测试
        2.2.1 吸波结构吸波特性测试
        2.2.2 吸波结构吸波表面温度分布测试
    2.3 吸波结构/热电模块复合结构C-V输出特性测试
    2.4 章节小节
第三章 基于超材料谐振结构的局部热点研究
    3.1 基于ELC结构的局部热点设计
        3.1.1 ELC结构仿真分析
            3.1.1.2 ELC结构与电磁仿真分析
            3.1.1.2 ELC结构热仿真分析
    3.2 基于SRR结构的局部热点设计
        3.2.1 SRR结构仿真分析
            3.2.1.1 SRR结构与电磁仿真分析
            3.2.1.2 SRR结构热仿真分析
        3.2.2 SRR结构局部热点实验测试
            3.2.2.1 SRR结构谐振点测试
            3.2.2.2 SRR结构表面温度分布测试
            3.2.2.3 SRR结构样品实验改进
        3.2.3 SRR结构铜薄膜厚度影响仿真分析
            3.2.3.1 不同厚度铜薄膜SRR结构电磁仿真分析
            3.2.3.2 不同厚度铜薄膜SRR结构热仿真分析
    3.3 本章总结
第四章 基于SRR结构电磁波-热能-电能转化研究
    4.1 SRR/Bi₂Te₃复合结构仿真分析
        4.1.1 SRR/Bi₂Te₃复合结构电磁仿真分析
        4.1.2 SRR/Bi₂Te₃复合结构热仿真分析
    4.2 实验测试
        4.2.1 Bi₂Te₃塞贝克系数的测定
        4.2.2 SRR/Bi₂Te₃复合结构谐振点测试
        4.2.3 SRR/Bi₂Te₃复合结构温度分布测试
    4.3 SRR/Bi₂Te₃复合结构C-V输出特性测试
    4.4 章节总结
第五章 全文总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3872464