基本内容

本书的主要内容包括：宏观热力学、传热学和流体力学的基础理论；理想气体的热性质及量子力学的简明介绍；玻耳兹曼输运方程，从连续流到自由分子流的热传递和微观流动区域；经典和量子尺寸效应对比热容和热导率的影响；固态理论；纳米结构中瞬态和非稳态的能量传输过程；从电磁波的基本知识及宏观热辐射入手，介绍了各种材料的电介质性质以及具有特异性能的超材料；薄膜和多层膜的干涉效应、光子晶体的能带结构、光栅的衍射、粗糙表面的散射，以及这些现象对于热辐射的影响；近场能量传递中的衰逝波和耦合现象，并总结了纳米光子学和纳米尺度辐射热传递的最新进展。

本书可作为研究生或高年级本科生教材，也可供相关领域的工程师和研究人员阅读参考。

作者简介

张卓敏现任美国佐治亚理工学院教授。从1978年至1985年就读于中国科学技术大学，于1982年在工程热物理系(现热科学和能源工程系)大学毕业获理学学士学位，之后在葛新石和王义方两位教授的指导下读研并于1985年获工学硕士学位。1989年他被美国麻省理工学院录取攻博并于1992年在机械工程系获得博士学位。他的博士后研究是在美国国家标准与技术研究院和马里兰大学完成的。从1995年至2002年任教于美国佛罗里达大学。

张卓敏教授是国际知名的微纳米尺度传热的主要专家之一，美国机械工程师学会资深会员、美国物理学会资深会员及美国科学促进会资深会员，主要从事微纳米传热学基础、微纳米辐射传热、辐射测温、微纳米结构的热物理特性、超材料等方面的前沿研究。他在以下方面做了开创性的研究： 对掺杂硅及硅锗在高温下近场热辐射，负折射率材料的光子隧道效应，近场热光伏，表面粗糙度对辐射性能及高温热加工中辐射测温的影响，超材料在近场热辐射下的应用，利用微纳结构来改变热辐射特性等。他的研究成果对于能量转换、热力学测量、光电子、半导体制造等方面的应用具有广泛的意义。他已发表150余篇论文，获得两项美国专利，著书一本，合编专著一本，另在6部著作中撰写章节。曾多次主持举办国际会议及应邀作会议主题报告，还应邀作过150多次研讨和讲座报告，以及多达160次的学术报告。

张卓敏教授曾多次荣获优秀教师和科研成果奖，包括1997年Pi Tau Sigma最佳教师奖，1999年Sigma Xi青年教师科研奖，1999年美国青年科学家和工程师总统奖，2000年美国机械工程师学会传热分会最佳论文奖，2005年美国航空航天学会热物理学最佳论文奖，2010年国际传热传质中心哈奈特欧文奖，2015年美国机械工程师学会传热学纪念奖。他的学生曾多次获得最佳博士、硕士论文奖，学术会议上的最佳海报奖； 并在中国大陆和台湾地区及韩国、美国等著名大学任教。张卓敏教授担任过美国机械工程师学会《Journal of Heat Transfer》、《Joural of Quantitative Spectroscopy & Radiative Transfer》和《International Journal of Thermophysics》的副主编,并任《能源前沿》、《新兴材料研究》等杂志的编委，以及《中国航空学报》(英文版)的国际编委。

张卓敏教授于1962年出生于河南省嵩县，与妻子王灵运育有两个女儿和一个儿子，现定居于美国佐治亚州。

前言

这本书已出版八年了，被世界各地许多大学采用作为教材或参考书，我也因此应邀到许多国家和地区做报告、讲座，以及讲授短期课程，尤其是在中国大陆的许多高校。很多学生和老师常常问起这本书有没有中文翻译版，希望用母语阅读，以有更直观和更深入的理解。我非常高兴这本书被选入“热辐射经典译丛”并与其他两部经典的辐射换热教材及另一部著名的微纳米能量传递专著一起被翻译成中文。我对周怀春教授发起组织并完成了这套书的翻译表示热烈的祝贺，也要感谢程强等人为翻译这本书所付出的辛勤劳动。

在小尺度、短时间条件下，传统热分析中的连续性假设及局部平衡方法可能不再适用。理解微小尺度及时间条件下传热的机理、掌握微纳传热的分析方法需要多学科的背景知识，如统计热力学、量子力学、固态物理学、电磁波理论。正如英文版序中所述，写这本书的基本理念是以一种相对容易理解的方式把热能工程和热物理中的传统知识与近年来发展起来的理论进行整合，本书附有大量的例题和课后习题。本书的第一个特点就是以读者为主，每章都尽量采用合乎思维逻辑的、循序渐进的方法导入并展开，尽量把基础理论解释清楚，并给出具体的适用条件、计算方法与表达式。本书的另一个特点是在第4章之后每章的最后几节都用许多近年来发表的文献来介绍这个领域里的最新研究结果。虽然已时过8年，微纳米传热这个领域的研究已有了很大的突破与发展，但本书中所述的基本理论与所引用的参考文献仍然可以作为了解并进入微纳米传热领域的出发点。

本书真正的亮点是在第8章之后，因为这部分内容是我与学生这些年研究工作的焦点。近十多年来，微纳米尺度下的热辐射已经在理论及实验研究方面有了迅速的发展，成为一个跨学科的研究领域。微纳米尺度下的热辐射包括用微、纳米结构改变固体和液体的光谱和定向辐射特性以及超近距物体在真空中通过电磁波的近场辐射传热。本书的最后三章从电磁波的基本知识及宏观热辐射入手，比较全面地讲述了各种材料的电介质性质，包括超导材料及具有特异性能的超材料，描述了薄膜和多层膜的干涉效应、光子晶体的能带结构、光栅的衍射、粗糙表面的散射，以及这些现象对于热辐射的影响。第10章介绍了近场能量传递中的衰逝波和耦合现象，光子隧道效应及其在能源利用中的应用。

我非常愿意与读者交流、一起探讨学术问题，希望读者多提宝贵意见。有兴趣的读者也可以访问我们纳米热辐射实验室的网页。

美国佐治亚理工学院张卓敏

2015年3月

目录

第1章导论

1.1宏观公式的局限

1.2长度尺度