温度高于绝对零度的物体都会向外辐射电磁波,传统的普朗克远场辐射定律描述了远场情况下热辐射的基本规律。但是当辐射系统的辐射端与接收端的距离小于或者与辐射主波长相当的时候,传统的热辐射定律无法准确描述。而近场热辐射对于微纳尺度下的热交换中具有重要作用以及其突破了普朗克远场辐射定律的丰富物理内涵,因而其在器件热管理、光伏系统能量转换、数据存储、热显微镜等应用场景或者工程领域中体现出极大的潜力而获得广泛关注。此外,石墨烯在中远红外到太赫兹频段表现出的表面等离子激元可调节性在近场热辐射中能够将倏逝波耦合进基底从而实验近场热辐射的增强。本论文主要研究了借助石墨烯表面等离子激元的特性实现近场热辐射增强。进行了无限大平板硅材料之间、石墨烯-硅样品组成的系统间近场辐射的仿真及其实验测量,设计了用于测量近场热辐射的实验装置,最后实验测量了石墨烯对于近场热辐射中增强的效果,并且讨论了石墨烯增强近场热辐射的机制。本论文主要的创新和贡献在于使用简单的实验装置实验验证了石墨烯的表面等离子激元是增强近场热辐射的主要机制。本文主要内容可以简单概括为以下几点:1.基于随机热涨落-耗散理论与麦克斯韦方程联合在理论上描述了半无限大平面辐射体间的近场热辐射的解析表达式。利用数值分析分别去计算掺杂硅和高阻硅间的净热流与间距、辐射体温度、材料参数等因素的关系。并且计算了引入石墨烯及其他二维材料后的近场热辐射情况,研究二维材料的表面等离子激元对于近场热辐射的增强情况,进一步计算对应的模场分布,阐明了表面等离子激元对近场热辐射增强的物理机制。2.二维材料种类繁多,本文选取石墨烯作为研究对象。石墨烯所支持的表面等离子激元的频率范围与实验中的近场热辐射谱吻合,通过单层石墨烯在近场尺度下的模场分布说明其对近场热辐射的增强作用。并且计算了近场热辐射能流与近场热辐射间距的关系,给出了热透射几率分布与辐射体温差的色散图。而由于石墨烯不同费米能级的可调谐性在实验中是有可能实现的,本论文对不同费米能级对于近场热辐射的贡献和影响进行简单的讨论。3.为了准确计算真实情况下的近场热辐射,需要对实验材料的参数进行描述。本文采用Drude模型去描述掺杂硅的电介质函数。在查阅了已有文献的研究进展的基础上,通过FTIR来确认掺杂硅的Drude模型参数,并采用这个参数理论计算掺杂硅平板间的近场热辐射热流。4.实验验证了两个硅平板以及两个硅-石墨烯平板样品间的近场热辐射。通过我们设计搭建的实验系统,测量了固定间距下,样品间的近场热流与输入热功率的关系,也分析和测量了石墨烯与不同种类的硅组成的样品在近场情况下的热流。结果表明石墨烯对于近场热辐射的增强具有显著的贡献。最后,总结了 一些未来近场热辐射可能会有突破的实验方案和展望。