Observing of the super-Planckian near-field thermal radiation between graphene sheets

石墨烯 等离子体子 热光电伏打 黑体辐射 材料科学 光电子学 物理 热辐射 热发射率 红外线的 纳米技术 辐射 光学 共发射极 梁(结构) 热力学
作者
Yang Jiang,Wei Du,Yishu Su,Yang Fu,Shaoxiang Gong,Sailing He,Yungui Ma
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:9 (1) 被引量:134
标识
DOI:10.1038/s41467-018-06163-8
摘要

Thermal radiation can be substantially enhanced in the near-field scenario due to the tunneling of evanescent waves. The monolayer graphene could play a vital role in this process owning to its strong infrared plasmonic response, however, which still lacks an experimental verification due to the technical challenges. Here, we manage to make a direct measurement about plasmon-mediated thermal radiation between two macroscopic graphene sheets using a custom-made setup. Super-Planckian radiation with efficiency 4.5 times larger than the blackbody limit is observed at a 430-nm vacuum gap on insulating silicon hosting substrates. The positive role of graphene plasmons is further confirmed on conductive silicon substrates which have strong infrared loss and thermal emittance. Based on these, a thermophotovoltaic cell made of the graphene-silicon heterostructure is lastly discussed. The current work validates the classic thermodynamical theory in treating graphene and also paves a way to pursue the application of near-field thermal management.

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