[發明專利]一種基于近場熱輻射的多級熱控邏輯開關

有效

• 申請號: 202011029738.2
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112331765B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 易紅亮;周承隆;張勇;談和平
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H10N70/00
• 分類號: H10N70/00;H03K17/51;C23C14/08;C23C14/24;C23C14/28;C23C14/35
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 裴閃閃

一種基于近場熱輻射的多級熱控邏輯開關。本發明屬于熱調整器領域。本發明的目的是為了解決現有邏輯熱開關僅能支持一種信號的熱布爾運算的技術問題。本發明的基于近場熱輻射的多級熱控邏輯開關由接收端復合結構、發射端復合結構和設置于二者之間的間隔物構成，接收端復合結構和發射端復合結構之間通過間隔物形成真空間隙；所述接收端復合結構和發射端復合結構完全相同且相對于間隔物對稱設置，所述接收端復合結構由上至下依次為接收端基底、接收端內層膜、接收端外層膜；所述發射端復合結構由上至下依次為發射端外層膜、發射端內層膜、發射端基底。本發明通過控制器件之間的近場輻射熱交換，實現在微尺度上進行開、或、關邏輯操作的可能。

技術領域

本發明屬于熱調整器領域，具體涉及一種基于近場熱輻射的多級熱控邏輯開關。

背景技術

電流的控制是現代邏輯開關的基礎，基于離散電平的電信號實現了布爾運算。然而，在許多工程應用中發現今天的電子產品不能的在某些惡劣環境(如電離輻射環境等)中工作。因此，人們提出了一種基于熱流控制的邏輯開關作為替代基于電流控制的邏輯開關的解決方案，在熱科學和計算科學之間開辟了一個新的科學領域。作為電子邏輯開關的熱模擬，它也需要輸出具有不同離散水平的熱信號來轉換成數字代碼(“0”和“1”)。

早期由于熱傳導和熱對流理論與技術的成熟，熱邏輯開關的設計原理主要是基于熱傳導和熱對流。人們針對通過對固體/固體的熱傳導或者對液體/固體對流換熱的操縱來實現具有不同離散水平的熱信號已經做了大量的研究工作。但由于聲子和液體的傳播速度相對較慢，同時導熱和對流存在很強的線性特點很難獲得較大的熱流梯度。但隨著微尺度研究的深入，基于光子隧穿的近場熱輻射可以有效的彌補聲子傳熱和對流傳熱的缺陷，因此近年來學者發現將二氧化釩的熱致相變特性應用于輻射換熱中，可以很好的實現熱信號的有效離散。同時，在微納尺度下，電磁輻射的超強換熱能力也顯著提高了熱邏輯開關的熱信號離散度。但是，近年來學者們廣泛研究和開發的邏輯熱開關都受到一個主要因素限制，即僅僅能支持一種信號(從“ON”模式到“OFF”模式)的熱布爾運算。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有邏輯熱開關僅能支持一種信號的熱布爾運算的技術問題，而提供一種基于近場熱輻射的多級熱控邏輯開關。

本發明的一種基于近場熱輻射的多級熱控邏輯開關由接收端復合結構、發射端復合結構和設置于二者之間的間隔物構成，接收端復合結構和發射端復合結構之間通過間隔物形成真空間隙；所述接收端復合結構和發射端復合結構完全相同且相對于間隔物對稱設置，所述接收端復合結構由上至下依次為接收端基底、接收端內層膜、接收端外層膜；所述發射端復合結構由上至下依次為發射端外層膜、發射端內層膜、發射端基底。

進一步限定，所述接收端基底和發射端基底材料相同，均為Au薄膜。

進一步限定，所述接收端內層膜和發射端內層膜材料相同，均為高溫熱致相變二氧化釩薄膜；所述二氧化釩薄膜為單層或多層。

進一步限定，所述二氧化釩薄膜的相變溫度為68℃。

進一步限定，所述接收端外層膜和發射端外層膜材料相同，均為低溫熱致相變鎢摻雜二氧化釩薄膜；所述鎢摻雜二氧化釩薄膜為單層或多層。

進一步限定，所述鎢摻雜二氧化釩薄膜的相變溫度＜68℃。

進一步限定，所述鎢摻雜二氧化釩薄膜的相變溫度28℃～68℃。

進一步限定，所述鎢摻雜二氧化釩薄膜中鎢摻雜的質量濃度為0.1％～1％。

進一步限定，所述鎢摻雜二氧化釩薄膜中鎢摻雜的方式為通過高溫擴散和離子注入的方式將鎢離子摻雜到二氧化釩內部。

進一步限定，所述接收端內層膜和發射端內層膜通過磁控濺射、真空蒸發、溶膠-凝膠或脈沖激光沉積鍍于相應基底表面。