测量一维微纳米材料热导率和接触热阻新方法ppt课件

1、丈量一维微纳米资料热导率和接触热阻的新方法 目录研讨背景实验系统拉曼散射简介实验方法实验结果结论一 研讨背景微纳米资料在高速传感器、高效热电转换器和光电微纳米资料在高速传感器、高效热电转换器和光电转换器等方面有着广泛的运用；转换器等方面有着广泛的运用；微纳米资料的热学性质与其对应体资料的热学性质微纳米资料的热学性质与其对应体资料的热学性质有较大差别；有较大差别；传统方法难以对微纳米资料热物性进展有效测试。传统方法难以对微纳米资料热物性进展有效测试。二 实验系统实验系统主要包括：T64000拉曼光谱仪、变温平台Linkam T H M S 6 0 0 、 精 细 电 源(Advantest R6

2、243)、高精度数字万用表(Keitheley 2019, 8.5 digits)。E0E1h h激发虚态发生瑞利散射发生瑞利散射hh( +)h(-)E1E0发生拉曼散射发生拉曼散射振动能级振动能级三 拉曼散射简介激发虚态振动能级振动能级四 实验方法4.1 已有方法已有方法 目前结合拉曼光谱对微纳米资料热物性进展测试的目前结合拉曼光谱对微纳米资料热物性进展测试的主要方法是：对样品通电加热使其产生较大温升，主要方法是：对样品通电加热使其产生较大温升，采用较弱的拉曼激光扫描样品，得到样品温度分布采用较弱的拉曼激光扫描样品，得到样品温度分布和热物性。该方法缺陷：和热物性。该方法缺陷：忽略激光加热对测

3、试的影响；忽略激光加热对测试的影响；样品温升较大，难以得到特定温度下的热物性；样品温升较大，难以得到特定温度下的热物性；激光功率较小，拉曼信号弱，影响测试结果精度。激光功率较小，拉曼信号弱，影响测试结果精度。光斑左侧温度分布：光斑左侧温度分布：样品端点温度：样品端点温度：2/22/ 24LttTTLTxxTL 光斑右侧温度分布：光斑右侧温度分布：/2222324tLtTTLTLxxLTL02ctIUPRTT4.2 本文的方法本文的方法 思索激光加热且不需知样品对激光吸收量条件下，思索激光加热且不需知样品对激光吸收量条件下，同时丈量微纳米资料热导率同时丈量微纳米资料热导率TC及其与基底间接触及其

4、与基底间接触热阻热阻(TCR)。4.2.1 改动通电率改动通电率 在真空中，将拉曼光谱激光光斑聚焦在通电加热在真空中，将拉曼光谱激光光斑聚焦在通电加热的样品中点，改动一次通电功率，消去激光加热量，的样品中点，改动一次通电功率，消去激光加热量，建立含建立含TC和和TCR的方程。的方程。IUAL内热源：内热源：能量守恒：能量守恒：/204|2Ltaxx LaTTPIUdTdTLAAPIUdxdxLA 改动通电率：改动通电率：假设忽略假设忽略RCRC：1122/2,1/2,28LLL IUI UA TT 需求建立另一个包含TC和TCR且与已得到方程相互独立的方程。/2,1,11111122/2,1/

5、2,22211/2,2,2222428/242LtaLLLtcaTTPIULIUI ULLAA TTI UIUTTPI ULLRA4.2.2 改动光斑位置改动光斑位置,1,211nncncPTRRRR 激光光斑同时起加热和测温作用，不对样品通电时，改动一次光斑位置建立含TC和TCR且不含吸收激光功率的方程。激光加热量由导热传送到基底：激光加热量由导热传送到基底：改动一次测点位置，坚持改动一次测点位置，坚持P不变：不变：11,11,22,12,21,11,21112222222,12,221111011ccccccPTRRRRL LL LTTTLTTATAAPRTRRRRR 4.2.3 TC和和

6、TCR的表达式的表达式 由改动通电功率和测点位置得到的方程，得到和Rc的表达式。122,12111222/2,1/2,2,21,11,24124LLLTTIUTTLATLTLL L/2,1/2,2112211122,12,21,11,222412LcLLRLLTTTTITLUTL LL 五 实验结果 在空气中测定了直径和长度分别为在空气中测定了直径和长度分别为4.87, 174.6m；4.87, 243.4m碳纤维的碳纤维的及其与基底间的及其与基底间的Rc 。 在丈量在丈量和和Rc前，首先测定了长度为前，首先测定了长度为10.835mm的碳纤维在空的碳纤维在空气中的自然对流换热系数，以验证自然

7、对流换热对短纤维测试结气中的自然对流换热系数，以验证自然对流换热对短纤维测试结果的影响可以忽略。果的影响可以忽略。 5.1 对流换热系数的测定对流换热系数的测定 放置于空气中的直径和长度分别为放置于空气中的直径和长度分别为4.87m, 10.835mm的悬架碳纤维及其拉曼信号如图。的悬架碳纤维及其拉曼信号如图。 改动碳纤维所处环境的温度，标定G峰峰位随温度的线性关系，得到其变化率为0.03012cm-1/K。D峰G峰2D峰u 对该悬架碳纤维通电加热，向基底的导热量与向空气的对流换热量相比可以忽略。u 经过测定通电加热导致的样品温升，得到样品与空气间的对流换热系数。 5.2 TC和和TCR的测定

8、的测定 以下图是实验中制造的两个悬架碳纤维样品以下图是实验中制造的两个悬架碳纤维样品d=4.87m;L=174.6, 243.4m。 根据测定的碳纤维与空气间对流换热系数约根据测定的碳纤维与空气间对流换热系数约3 0 0 0 W / ( m 2 K ) ， 假 定 纤 维 样 品 热 导 率 为 ， 假 定 纤 维 样 品 热 导 率 为240W/(mK)，95%以上的加热量通电加热和激光加以上的加热量通电加热和激光加热由导热向环境散失。热由导热向环境散失。 对样品1进展测试，通电功率为0、6.25mW时，G峰峰位为1582.10、1581.21cm-1；不对样品通电，激光光斑间隔左侧热沉25

9、、65m， G峰峰位为1581.80、1581.15cm-1，分别示于以下图。测得样品1的TC 和TCR 分别为：305.7W/(mK), 1.85103K/W； 以同样的方法测得样品2的TC和TCR分别为：316.1W/(mK), 2.98103K/W。5.3 误差分析误差分析式中， i 为引起待丈量Y变化的独立变量。本实验中引起误差的量有：样品的长度，截面积；温度的测定，通电功率的测定；忽略辐射和对流换热。其中：忽略辐射和对流换热引起了系统误差，使得测定值比实践值高约5%；其它要素引起的误差为10.5%。2=1niiiYY六 结论 开发了同时丈量微纳米资料开发了同时丈量微纳米资料TC及其与基底间及其与基底间TCR的方法；的方法； 该方法可以在思索激光加热且不需知样品对激光