近场辐射换热,由于其热流远超黑体辐射极限,在微尺度能量转移、转换和管理设备中具有重要的应用前景。目前关于平板结构近场换热的研究,考虑的大都是介电函数均匀分布的情形,而对于工程中广泛存在的由镀膜不均、表面粗糙、场效应等引起的介电函数梯度分布的情形,则鲜有关注。针对这一问题,本文用多层介质对梯度折射率平板作近似,进而利用多层介质的近场辐射传输理论研究梯度折射率平板的近场换热特性。平板的表面粗糙是工程中普遍存在的介电函数梯度分布的存在形式。本文基于等效介质理论(EMT),将碳化硅(Si C)粗糙表面等效为具有梯度折射率分布的多层介质,研究了其近场换热特性。研究表明:随着粗糙表面方均根高度σ的增加,局域态密度和谱热流的峰值均会发生红移,其物理机制是粗糙层等效的梯度折射率介质内部界面上低频表面极化激元的耦合。对于一定的间距,粗糙表面之间的净辐射热流超过光滑平板,且随着σ的增加而增大。所提出的等效方法并不适用于研究粗糙表面的相关长度对近场换热的影响。对粗糙表面近场换热的研究是梯度折射率平板近场换热研究方法的应用实例。进一步研究了介电函数由德鲁德模型(Drude model)描述的一般梯度折射率平板介质的近场换热机制。一方面,通过参数化研究发现:随着折射率变化总深度h的增大,近场热流先增大后减小;同时,谱热流随着h的增大发生红移。随着板间距d的增大,热流的穿透深度增大,谱热流发生蓝移。另一方面,通过对电磁波振幅的分析,研究了梯度折射率介质中表面极化激元的作用机制。证明了内部界面上支持频率使该处介电函数为0的表面极化激元,其导致总热流吸收分布在介质内部出现峰值;内部表面极化激元的模态比真空/均匀介质交界面上的模态更加丰富,且受介电函数梯度的影响。本文还通过对局域态密度的分析,研究了介电函数梯度分布对真空/梯度折射率介质交界面上表面极化激元的调制。研究发现:介电函数的梯度分布改变了表面极化激元的色散关系,其波矢大小决定于介电函数的分布,在介质表面和内部的对应值之间取值,且介质内部介电性质对色散关系的影响大于介质表面。本文的研究结果有助于加深对梯度折射率介质近场换热的理解,对工程实际中微尺度能量设备的设计与评估具有借鉴意义。