随着纳米技术的蓬勃发展,微纳米尺度下的辐射换热现象近年来引起人们广泛的关注。当物体间尺寸缩小到亚波长尺寸时,热辐射传递将不仅仅是由传播波引起,倏逝波也会介入辐射传热之中,并起主导作用,使辐射换热得到了极大地增强。低介电常数材料作为微纳集成电路中广泛应用的材料,随着微纳集成电路的热耗散需求逐渐增加,其参与的近场辐射换热亟待人们去探索。但到目前为止人们的研究更多的是关注会产生大波矢近场辐射换热材料上,对于不会产生大波矢热量传输的低介电常数材料的近场辐射换热特性尚未有人研究。对比了碳化硅薄膜结构和碳化硅/低介电常数材料复合结构的光子传递系数、反射系数、光谱辐射热流量和局域态密度分布的差异。发现通过低介电常数材料基底可以修饰碳化硅表面声子激元的对称和反对称共振分支,以此实现对换热能力的操控。然后基于色散关系和光子传输系数详细地阐述了不同低介电常数材料介电常数对碳化硅薄膜声子激元的对称和反对称模式的影响,对其影响趋势进行了归纳和总结。首次探索了通过低介电常数材料组成Fabry-Perot腔来实现Fabry-Perot共振,从而达到对金属和p型轻掺杂硅之间近场热整流的放大效果。本文的结果表明,Fabry-Perot腔因其选择性发射和吸收特性,可以显著引起近场热整流比率的提高。同时,由于非共振倏逝波的耦合,在较大的真空间隙下仍可获得较高的整流比率。此外,为了解决在设计热二极管装置时经常遇到的多维优化难题,采用序列二次规划（SQP）来建立最优的重构方案。发现使用具有最优参数的Fabry-Perot腔的热二极管的整流性能优于由金属和p型掺杂硅组成的简单热二极管,整流比率最大提高了26%。最后从理论上分析了利用纳米粒子掺杂技术激发低介电常数材料近场负电压电致发光制冷的性能。该系统的发射极由沉积在本征硅基底上的嵌入石墨烯/碳化硅核壳纳米粒子的本征硅薄膜组成。本征硅在半导体碲镉汞的带隙频率上方为低介电常数材料,无法很好地进行热量传递,因此无法实现负电压电致发光制冷效果。通过嵌入石墨烯/碳化硅核壳纳米粒子为本征硅薄膜在半导体带隙频率上方引入了新的表面声子激元,从而激发了系统在带隙频率以上的光子辐射热传递。本文分析了在不同偏置电压、不同温差、不同纳米粒子体积分数和不同石墨烯化学势下系统的制冷性能。通过优化这些参数,在d=10 nm和ΔT=5K时,系统的最佳制冷效率和最佳制冷功率密度可以分别达到1.25和2677.86 W·m^-2。