电磁超材料的独特电磁性质及其对热辐射的调控能力为太阳能的合理使用和工业余热的有效回收等实际工程领域提供了发展的机遇。当两辐射体的换热间距与热辐射的中心波长可比拟或较之更小时,宏观热辐射的理论在解决这类近场热辐射问题时将不再适用。设计并优化电磁超材料,探究电磁超材料对热辐射和近场热传输的调控作用,对于微尺度下热辐射光谱的调控及其近场热传输机理的探究,以及电磁超材料的器件化和产业化具有重要的意义。本文主要研究几种典型的电磁超材料的热辐射和近场热传输特性,探究电磁超材料的热辐射和近场热传输增强的物理机制,研究结果为热辐射和近场热传输光谱的调控以及频率选择性增强提供了理论基础,具体可分为如下内容:基于随机的Maxwell方程和涨落电动力学,结合涨落耗散理论和格林函数方法,考虑电磁超材料中的磁响应,在理论上给出半无限大电磁超材料平面在真空中的近场热辐射局域态密度解析表达式。由于基于介质粒子构成的全介质超材料相对于基于金属材料构成的电磁超材料具有更好的各向同性特征,并能够同时实现介电函数和磁导率为负,我们选取方形介质粒子阵列构成的全介质超材料作为研究对象,研究全介质超材料的近场热辐射态密度和近场热传输通量随换热间距的变化,结果表明全介质超材料中的电偶极共振和磁偶极共振引起了近场热辐射的增强,并进一步分析能量传输系数的模式分布以及辐射场的空间相干特性,这对于通过非极性电介质材料实现近场热辐射增强具有重要意义。金属-电介质-金属三明治结构的渔网状电磁超材料(Fishnet Metamaterial,FMM)可以在近红外波段实现介电函数和磁导率为负,且具有多阶磁共振特性,研究工作在近红外波段的FMM的近场热辐射特性以及两FMMs之间的近场热传输特性,对于高温下热光电转换系统能量转换效率的提高以及近场热辐射增强频带的拓展具有重要的研究意义。通过设计具有多阶磁共振特性的FMM,研究多阶磁共振模式对多频带增强的近场热辐射和传输贡献。研究发现,相对于非磁性材料以及常规的电磁超材料,FMM开辟了新的近场热辐射和传输增强频带。考虑FMM结构所支持的内表面等离激元和外表面等离激元的色散关系以及FMM的各向异性特征,进一步分析在不同的入射角度下表面等离激元各个模式对近场热辐射能量密度、两FMMs之间传输系数和空间相干性的贡献。金属(类金属)-介质多层膜结构构成的双曲型电磁超材料(Hyperbolic Metamaterial,HMM)具有双曲型的空间波矢量分布,能够支持具有较大波矢量的辐射模式,这必将对HMMs热辐射的局域态密度产生重要的影响。基于Si C-Si O2多层膜结构,研究表面声子极化子以及布洛赫模式调制的HMM近场热传输特性,分析膜层厚度和换热间距等因素对传热系数的影响,分析HMM支持的布洛赫模式的色散曲线,分析耦合的表面声子极化子和布洛赫模式对近场传热系数的贡献,并通过膜层厚度的优化实现两HMM以及Si C纳米探针和HMM之间的频率选择性增强,研究结果表明在Si C材料共振频率位置,HMM的热传输系数相对于体块Si C材料情况30%的增强。进一步考虑掺杂Si-Ge多层膜结构构成的HMM,研究类金属层的本征损耗对近场热传输特性的影响,这对于近场热扫描成像质量的提高具有重要的应用价值。红外波段电磁超材料完美吸收器的设计,对于频率选择性吸收器件和热辐射器件的应用具有重要意义。通过设计基于磁偶极共振的L型电磁超材料,分析入射光的入射角、方位角、偏振方向以及几何尺寸对其红外吸收特性的影响,研究结果确定了磁偶极共振的双频带吸收机制,并通过等效LC电路模型对共振吸收峰的位置进行理论解释,进一步分析双L型结构的对称性对吸收强度的影响。通过电子束刻蚀方法,在实验上对双L型电磁超材料样品进行制备并研究其红外吸收特性。