测量一维微纳米材料热导率和接触热阻新方法-PPT课件

1、测量一维微纳米材料热导率和接触热阻的新方法 目录研究背景实验系统拉曼散射简介实验方法实验结果结论一 研究背景微纳米材料在高速传感器、高效热电转换器和光电转换器等方面有着广泛的应用；微纳米材料的热学性质与其对应体材料的热学性质有较大差异；传统方法难以对微纳米材料热物性进行有效测试。二 实验系统实验系统主要包括：T64000拉曼光谱仪、变温平台（Linkam THMS600）、精密电源(Advantest R6243)、高精度数字万用表(Keitheley 2019, 8.5 digits)。E0E1hh激发虚态发生瑞利散射hh(+)h(-)E1E0发生拉曼散射振动能级三 拉曼散射简介激发虚态振动

2、能级四 实验方法4.1 已有方法 目前结合拉曼光谱对微纳米材料热物性进行测试的主要方法是：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，得到样品温度分布和热物性。该方法缺点：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；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：样品端点温度：光斑右侧温度分布：4.2 本文的方法 考虑激光加热且不需已知样品对激光吸收量条件下，同时测量微纳米材料热导率（TC）及其与基底间接触热阻(TCR)。4.2.1 改变通电率 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，改变一次通电功率，消去激光加热量，建立含T

3、C和TCR的方程。内热源：能量守恒：改变通电率：若忽略RC： 需要建立另一个包含TC和TCR且与已得到方程相互独立的方程。4.2.2 改变光斑位置 激光光斑同时起加热和测温作用，不对样品通电时，改变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递到基底：改变一次测点位置，保持P不变：4.2.3 TC和TCR的表达式 由改变通电功率和测点位置得到的方程，得到和Rc的表达式。五 实验结果 在空气中测定了直径和长度分别为4.87, 174.6m；4.87, 243.4m碳纤维的及其与基底间的Rc 。 在测量和Rc前，首先测定了长度为10.835mm的碳纤维在空气中的自然对

4、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。 5.1 对流换热系数的测定 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。 改变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 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。 通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TCR的测定 下图是实验中制作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30

5、00W/(m2K) ），假定纤维样品热导率为240W/(mK)，95%以上的加热量（通电加热和激光加热）由导热向环境散失。 对样品1进行测试，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，激光光斑距离左侧热沉25、65m， G峰峰位为1581.80、1581.15cm-1，分别示于下图。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 误差分析式中， i 为引起待测量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，使得测定值比实际值高约5%；其它因素引起的误差为10.5%。六 结论 开发了同时测量微纳米材料TC及其与基底间TCR的方法； 该方法可以在考虑激光加热且不