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적층 그래핀과 하이퍼볼릭 메타물질을 이용한 열광전지의 성능 향상 = Enhancement of thermophotovoltaic system by using multilayered graphene and hyperbolic metamaterial
서명 / 저자 적층 그래핀과 하이퍼볼릭 메타물질을 이용한 열광전지의 성능 향상 = Enhancement of thermophotovoltaic system by using multilayered graphene and hyperbolic metamaterial / 김지훈.
저자명 김지훈 ; kim, Ji Hoon
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2017].
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8030414

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MME 17023

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초록정보

When distance between two objects is less than sub-wavelength not only propagating mode, but also evanescent mode contribute to radiative heat transfer. By using hyperbolic metamaterial, we can get the artificial properties, and to be able to enhance heat transfer. In this research, we proposed understanding near-field radiation phenomenon, by controlling evanescent mode, show the increment of thermophotovoltaic efficiency. The hyperbolic metamaterial source composed with p-type doped Si and $SiO_2$ works at 500 K, the thermophotovoltaic is InSb and it works at 300 K. From the point of view of power, we got 2.5 times increased result compared bulk source with no graphene at 200 nm vacuum gap and 1.2 times increased at 300 nm vacuum gap. This result due to coupled surface plasmon between hyperbolic metamaterial and multi-layered graphene.

두 물질이 특성 파장의 길이보다 짧은 거리에서 열 복사가 일어날 때, 진행파 뿐만 아니라 소멸파도 같이 열 복사에 기여한다. 하이퍼볼릭 메타물질은 구조의 비등방성을 크게 하여 자연에 존재하지 않는 물성치를 갖게 되고 열 전달을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 하이퍼볼릭 메타물질과 열광전지 위에 적층 그래핀이 있는 구조를 이용하여 근접장 열 복사에서 일어나는 현상을 파악하고 소멸파를 조정하면서 열광전지의 효율을 증대시키는 것을 제안하였다. 열원인 하이퍼볼릭 메타물질은 p형 실리콘과 실리카로 500 K의 온도에서, 열광전지는 InSb는 300 K에서 구동되도록 설계하였다. 전력 측면에서 하이퍼볼릭과 적층 그래핀 구조를 사용했을 때, 진공 갭이 200 nm에서 단일 열원 소스와 그래핀이 없을때의 구조보다 2.5배 증가된 결과가 나왔고, 300 nm 에서는 1.2배 증가된 결과가 나왔다. 하이퍼볼릭 물질과 적층 그래핀 구조에서 커플된 표면 플라즈몬 현상 때문에 향상될 수 있었다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MME 17023
형태사항 iii, 41 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Ji Hoon Kim
지도교수의 한글표기 : 이봉재
지도교수의 영문표기 : Bong Jae Lee
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학과,
서지주기 참고문헌 : p. 39-40
주제 근접장 열 복사
하이퍼볼릭 메타물질
커플된 표면 플라즈몬
열광전지
표면 플라즈몬
Near-field thermal radiation
Hyperbolic metamaterial
Coupled surface plasmon
Thermophotovoltaic
surface plasmon
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