低温热导率测试系统的建立和自动化

介绍我们自行研制和开发的计算机控制低温热导率自动化测试系统.低温热导率测量采用稳态纵向热流法,可使用的温度范围为4.2～300K.在该系统中我们处理了小样品低温热导率测量中一些技术问题;研制了直接数字控制(DDC)的PID温度控制器;解决了数据的计算机采集和即时处理以及实验过程控制自动化等关键技术,实现了整个测量过程的全自动化.     

利用液体夹心法测量LiF单晶高压热导率

提出了液体夹心法热导率测量技术, 采用CHBr3液体作为夹心材料实现了样品/窗口界面的理想接触, 并将动载荷作用下的夹心法高压热导率实验测量压力下限拓展至40 GPa, 为绝缘介电晶体高温高压热导率测量提供了技术支持. 实验利用平面碰撞和DPS测试技术, 结合液体夹心法实测了LiF单晶高压热导率数据, 对现有热导率理论模型进行了研究和探讨, 结果显示, 在γ/γ0=(ρ0/ρ)2时, 修正后的Roufosse理论公式与实验数据符合较好, 这一研究结果为非透明材料冲击波温度测量中的热传导修正提供了实验数据和理论模型。     

利用液体夹心法测量LiF单晶高压热导率简

提出了液体夹心法热导率测量技术,采用CHBr3液体作为夹心材料实现了样品/窗口界面的理想接触,并将动载荷作用下的夹心法高压热导率实验测量压力下限拓展至40GPa,为绝缘介电晶体高温高压热导率测量提供了技术支持.实验利用平面碰撞和DPS测试技术,结合液体夹心法实测了LiF单晶高压热导率数据,对现有热导率理论模型进行了研究和探讨,结果显示,在γ/γ0=(ρ0/ρ)2时,修正后的Roufosse理论公式与实验数据符合较好,这一研究结果为非透明材料冲击波温度测量中的热传导修正提供了实验数据和理论模型.     

氮化铝陶瓷低温热导率的实验研究

根据轴向稳态热流法原理 ,实验研究了 Al N陶瓷的低温热导率 ,为高温超导制冷机直接冷却提供了必要的实验数据。 Al N的热导率在 30～ 170 K之间 ,随温度的升高而增大 ,在 10 0 K时达到 5 8.36 W/ (m· K)。根据平均自由程理论 ,对影响氮化铝陶瓷热导率的微观因素进行了分析 ,影响本次测试氮化铝样品低温热导率的主要因素为声子与缺陷之间的散射。     

Hg0.9Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8+δ在磁场下的热导

实验研究了高温超导体Hg09Tl02Ba2Ca2Cu3O8+δ的低温热导率与温度和磁场的关系,测量温度为7—20K,外加磁场为0—6T.结果表明,在不同外场下,超导体的热导率在实验温区内随温度的增加均单调增加;在固定的温度下外加磁场使超导体的热导率减小,并随外磁场的增加达到一个稳定值;热导的相对变化率κ(H)/κ(0)与磁场的关系以及热导率达到稳定值的磁场与测量温度有关.分析讨论了超导体中正常态电子在磁场下受磁通涡旋散射产生附加的热阻 关键词：     

用氦制冷机测量纯铜低温热导率

在纯铜低温热导率测量实验中原有实验装置利用液氮充当冷源,只能测量78 K到室温的纯铜的热导率. 新的装置改用氦制冷机,其测温范围的低温端可延伸至9 K. 测量结果的不确定度为3%.     

Hg0.9Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8+δ在磁场下的热导

实验研究了高温超导体Hg0.9Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8+δ的低温热导率与温度和磁场的关系,测量温度为7-20 K,外加磁场为0-6 T.结果表明,在不同外场下,超导体的热导率在实验温区内随温度的增加均单调增加;在固定的温度下外加磁场使超导体的热导率减小,并随外磁场的增加达到一个稳定值;热导的相对变化率κ(H)/κ(0)与磁场的关系以及热导率达到稳定值的磁场与测量温度有关.分析讨论了超导体中正常态电子在磁场下受磁通涡旋散射产生附加的热阻.     

1200 V碳化硅功率MOSFET低温特性的实验表征及分析

碳化硅功率MOSFET是宽禁带功率半导体器件的典型代表,具有优异的电气性能。基于低温环境下的应用需求,研究了1200 V碳化硅功率MOSFET在77.7 K至300 K温区的静/动态特性,定性分析了温度对碳化硅功率MOSFET性能的影响。实验结果显示,温度从300 K降低至77.7 K时,阈值电压上升177.24%,漏-源极击穿电压降低32.99%,栅极泄漏电流降低82.51%,导通电阻升高1142.28%,零栅压漏电流降低89.84%(300 K至125 K)。双脉冲测试显示,开通时间增大8.59%,关断时间降低16.86%,开关损耗增加48%。分析发现,碳化硅功率MOSFET较高的界面态密度和较差的沟道迁移率,是导致其在低温下性能劣化的主要原因。     

液体氦-3的热导率性质

揭示了低温流体~3He的热导率在液态区随温度和压力两个状态参数变化的反常规律。综合该反常规律以及热导率在临界点附近的突变特性,首次提出了~3He在0.003 K至临界温度3.3157 K温区内完整的饱和线热导率方程以及压力高至20 MPa的压缩液相区热导率方程。方程计算值与实验数据相对偏差小于±1.5%,与高精度实验数据偏差小于±0.4%,并且在极低温条件下光滑过渡为由量子理论预测的理论极限.     

固体材料低温热导率的测量

本实验以4.2K二级G-M制冷机为冷源,采用稳态轴向热流法测量了304不锈钢与环氧玻璃钢在低温下的热导率,讨论了样品上初始温差的成因及其影响,给出了热导率真实值所在的区间,并对测量误差以及各种漏热带来的影响进行了分析。     

绝热材料低温热导率测定方法研究

本文分析并研究了影响低温下热导率测量的各种特有因素.研制了一套用于液氢温度的平板热导仪.通过大量实验提出了新的试样组装方法和实验方法,较好地解决了J.F.Haskins文中留待解决的各种问题.最后给出了聚氨酯泡沫塑料20～280K范围内的热导率测定结果.     

低温下用3ω法测量热导率的研究

3ω法是测量体材料和薄膜材料热导率的主要方法之一。低温真空条件下测量热物性往往受接触热阻以及加热器自热效应的影响比较大。文中针对低温下体材料热导率的测量,通过总结国内外近年来用3ω法测量热导率的主要研究成果,对如何选择合适的加热频率以减小这两方面所带来的影响做了一些研究,并指出了低温下用3ω法测量体材料热导率的进一步研究工作。     

助熔剂法和浮区法生长Nd_(2-x)Ce_xCuO_4单晶及其热传导研究北大核心CSCD

本文研究了用助熔剂法和浮区法两种方法生长Nd2-x Cex CuO4(NCCO)单晶的生长条件和NCCO单晶的热传导性质.用助熔剂法方法可以生长出组份为x=0至x=0.18的一系列单晶样品.用X射线衍射表征了单晶的结构和品质,并观测了不同的退火过程对样品的超导转变的影响.在浮区法方面,生长NCCO(x=0.15)单晶也取得了很好的结果.另外,本文还测量了不同组份的单晶样品的低温热导率,发现Nd3+离子磁性对热导率的影响以及掺杂Ce后热导率的变化情况.     

HFC161气相热导率实验测量

根据瞬态热线法原理,搭建了新的热导率测量实验装置。用标准物质氮气对该实验台进行了检验,结果表明该实验台测量结果准确可靠。对HFC161气相热导率在温度范围为253~373 K、压力范围为139.9~4470.3 kPa进行了实验测量,并将实验结果拟合成温度与压力的多项式,为以后的进一步研究提供计算依据。     

粉末和颗粒状二氧化硅气凝胶绝热材料的热导率测量

采用瞬态热带法在不同温度和不同压力下对粉末状及颗粒状SiO_2气凝胶的热导率进行了测量。采用低温氮气吸附法测量了样品的比表面积和介孔孔径分布。结果表明,两种被测样品的热导率随压力的变化规律相似,当压力约为1000 Pa时,热导率变化曲线会出现转折,当p1000 Pa时,热导率随压力的降低而减少缓慢,当p1000 Pa时,热导率下降很快。样品的热导率随环境温度的增加而显著增加,温度一定时,随平均孔尺寸的增大而增大。误差分析表明采用瞬态热带法测量时室温下的误差在3%以内。     

准一维Cr基超导体RbCr3As3的超导能隙

RbCr₃As₃是具有[（Cr₃As₃）^-]_∞线性链的准一维超导体,超导转变温度约为6.6 K.对RbCr₃As₃单晶进行了电输运和极低温热输运性质的研究.低温下,拟合了RbCr₃As₃正常态电阻率随温度的变化,发现其满足费米液体行为.通过拟合超导转变温度随磁场的关系,得到RbCr₃As₃单晶的上临界场约为25.6 T.对RbCr₃As₃进行了零场下的极低温热导率测量,得到其剩余线性项为7.5 μW·K^-2·cm^-1,占正常态热导率值的24%.测量不同磁场下RbCr₃As₃的热导率,发现与单带s波超导体相比较,RbCr₃As₃剩余线性项随磁场增加相对较快.这些结果表明RbCr₃As₃单晶很可能是有节点的非常规超导体.     

碳纳米管和碳化硅纳米管热导率的分子动力学研究

采用Tersoff势测试和研究了反向非平衡分子动力学中的Müller-Plathe法和Jund法在一维纳米管热传导中的应用.在相同的模拟步数中,Müller-Plathe法可以得到很好的结果,热导率在交换频率大于50时对参数的选择并不敏感.然而,Jund法并不能得到良好的线性温度梯度,其热导率在一定程度上依赖于选择的热流大小.在此基础上,运用Müller-Plathe法进一步研究了碳纳米管和碳化硅纳米管的长度、直径和温度对热导率的影响.结果表明,无论是碳纳米管还是碳化硅纳米管,其长度、直径和温度对热导率的影响是一致的.只要长度增加,纳米管的热导率相应增大,但增长速率不断降低.直径对热导率的影响很大程度上还取决于温度,在高温时,直径对热导率几乎没有影响.除此之外,纳米管的热导率随着温度的增加总体上也是不断降低的,但峰值现象的出现还受纳米管长度的影响.     

La2CuO4掺锌样品的低温电阻率与热导率研究

对La2CuO4掺锌样品在不同降温速率下(330K保温30min后,分别以6Kh和02Ks的速率冷却至42K)电阻率(42—330K)和热导率(80—300K)随温度的变化关系进行了研究.实验结果表明,在不同降温速率下,热导率和电阻率都受到很大影响.快速降温过程使得130K以上的热导率减小,而热导率最小值出现在130K,且与降温速率无关.而低温下的热导率不受降温速率变化的影响.样品在高温区(T高于125K)电阻率随降温速率的增大而增大,低温区电阻率的非线性行为可用变程跳跃行为来描述.所有样品的热导率和电阻率在反铁磁相变温度都没有出现反常,这与能带理论框架下预期的结果和Anderson电荷自旋分离理论发生了矛盾,对此进行了讨论,并用极化子理论进行了自洽解释. 关键词： La2CuO4 热导率 电阻率     

稳态法测棉布的热导率

利用小型制冷装置测量了片状材料的热导率,实现了在低温条件下用稳态法对棉布热导率的测量．     

探针法测量低温下生物材料导热系数研究

低温下导热系数测定对生物器官的低温保存很重要。本文用探针法对低温下鱼肉、猪瘦肉、牛肉和脂肪的导热系数进行了测量研究。研究发现肉类生物材料低温下的热导率明显小于冰的热导率,不同肉的热导率不同,从大到小依次是鱼肉、猪瘦肉、牛肉和脂肪,其中脂肪的热导率比其它的小很多。随着温度的下降导热系数反而增大。分析影响生物材料导热系数大小的是水分含量、结构质地和温度。