热波理论的应用--良导热体热导率的动态法测量

介绍了根据热波理论用动态法测量导体热导率的实验．其特点是当热量在样品中传播时,样品中各点的温度不像稳态法那样必须保持恒定．只要给定适当边界条件,样品上各点温度均可随时间作简谐变化,利用这种变化可计算出样品材料的热导率。     

瞬态法测热导率

一、引言在普物实验中,热导率的测量通常都采用稳态法。该方法测量时间长,且不容易控制稳定。而瞬态法相对于稳态法,其测量时间短,散热损失小,且容易操作。下面介绍一个通过非平衡的瞬态测量方法测量良导体热导率的实验。二、原理在一处于平衡状态的细长棒状样品一端通以短时热脉冲,样品内任一点的温度随时间变化曲线与样品的热导率有关,通过测定该曲线便可确定样品的热导率。在t=0时,细长棒状良导体,处于平衡状态,在一端受一短时热脉冲。棒内距加热端距离为x处,温度随时间的变化如图1所示。从图中读出两对应温度相等的时刻t_1     

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。     

基于TDTR方法的碳化硅低温导热性能实验研究

低温条件下碳化硅等半导体材料热导率的实验研究极少,数据匮乏,无法满足理论模型的优化需求。现有实验测量以接触式的稳态法导热系数测量为主,实验误差大,且低温测量成本过高。本文通过常规飞秒激光抽运探测热反射法与低温系统的有机结合,完成了4~300 K低温条件下单晶碳化硅热导率的测试及其随温度的变化规律,研究表明单晶碳化硅热导率在100 K左右存在极大值,温度低于100 K时其热导率与温度呈正相关,温度高于100 K时其热导率与温度呈负相关。极值点的位置与理论值的偏差可能是由于样品电子浓度、缺陷分布等因素影响。     

利用DISLab温度传感器测金属比热容

针对用冷却法测金属比热容实验的不足,对实验进行了改进。利用DISLab温度传感器测量金属样品在冷却过程中,温度随时间的变化速率,以解决传统的冷却法测金属比热容实验中,用热电偶和秒表测量时产生的误差较大问题。实验表明,该实验方法与传统实验相比,不仅操作简便,而且精度高,具有明显的优势。     

氧掺杂La2CuO4的热导

实验研究了氧掺杂的La2CuO4样品从330K经过慢速冷却和快速冷却后其热导率随温度的变化关系,测量温区为77－300K,在120K以下,两种情况下测得的热导率都随温度的升高而降低。热导率值相同,在120K附近达到极小,120K以上热导率随温度的升高而升高。但经过慢速冷却过程测得的热导值明显低于经过快速冷却过程测得的热导值,分析认为这与两种情况下样品中不同的无序磁散射有关。     

La1-xCaxMnO3材料的热导与电导

实验研究了两个典型掺杂的La1-xCaxMnO3(x=0.3和x=0.6)样品的热导率与电导率随温度的变化关系,测量温区为77－300K。样品的热导率与电导率的温度曲率之间有着很大的相似性：在高温部分,两个样品的电导率均随温度降低而下降,热导率也呈现类似的温度关系;在低温部分,两个样品的电导率呈现相反的温度关系,热导率的变化也截然不同。而且,在La1-xCaxMnO3多晶材料中,电导率很小,使得电子直接贡献的热导部分微乎其微。分析指出,La1-xCaxMnO3巨磁阻材料中由Jahn-Teller效应引起的晶格畸变,受到电子状态的直接影响和制约,从而对热导产生不同的作用。     

用闪光法测不良导体热导率

介绍了用闪光脉冲非稳态法测不良导体热导率的实验原理、装置及实验过程．给出了两种样品热导率的测量结果．     

动态时间累计法—测量不良导体的热导率

一般测量不良导体的热导率,都是采用定态平板法来测定。即把被测的不良导体的样品制成薄板,放在两块平板形状的铜块之间,而上下两铜块各自保持不同的温度,在定态下,每秒通过样品的热量,可由Fourier     

研究温度波的传播特性

根据振动与波的原理,把样品上某点温度随时间的周期性变化看作一种振动,把这种温度变化向外传播的过程看作波动,引进温度波,说明样品上各点温度随时间、距离的变化;采用一维模型,写出温度波的传播方程.考虑到样品(铜棒)散热,引进衰减系数,描述温度幅度随频率及传播距离的变化关系.利用傅里叶变换分析实验数据,得到温度波幅度与角频率、位置的对应关系.根据温度幅度衰减公式拟合数据,算出基频及倍频对应的衰减系数.结果说明:衰减系数与温度波的频率相关,温度波的频率越高,衰减系数越大,温度幅度衰减得越快.     

热导率的动态热线法测量系统

介绍了我们研制的动态热线法测热导率系统的特点，原理和装置，通过对某些标准样品的测量结果表明，该系统的测量精度在２％以内，利用这一装置我们还测量了新型纳米多孔性材料ＳｉＯ２气凝胶的热导率与气压和温度的关系。     

变热导率的测量方法

1前言热导率是材料的重要热物理性质，因此，其测量就成为传热学的一个重要的研究方向，测量方法也在不断发展[1-4]。很多物质的热导率与温度有关。Ecker[5]分析了温度对物质热导率的影响，指出一些物质的热导率与温度呈线性关系，而另外一些物质则随温度的变化呈现复杂的关系。杨世铭[6]则以图的形式表示了类似的关系。使用稳态法测量物质的热导率时，得到的是在所测温度范围内的平均热导率[7]。对于热导率小的物质（如污垢层和保温材料），可能两侧的温差很大，因此，所得的热导率是在很大的温度范围的平均值。而平均热导率常常并不能满…     

测量热导率的热线法及提高精度的措施

测量热导率的热线法及提高精度的措施乔双（东北师范大学物理系，长春１３００２４）一、前言热导率的测量作为热学实验中的基本实验，许多高等院校都已开设．通常采用的测量方法有两种，即稳态法［１］和动态法［２］稳态法实验要求严格，不易测准。相比之下，动态法改善...     

液体粘滞系数与温度关系实验及曲线拟合

本文介绍一种可以调节温度,且恒温较好的落球法测量液体粘滞系数的装置,用此装置可以较精确地测量不同温度时液体的粘滞系数值。由实验测量得出的粘滞系数与温度的关系,将通过三种基本函数回归分析,计算出衡量各回归曲线回归程度好坏的标准差,从而判定哪一函数最适合液体粘滞系数随温度变化的实际规律。本文还用离散的实验数据点代入N次多项式,用最小二乘法确定其系数,从而求得待测液体粘滞系数与温度关系的曲线方程.此例提供了一种如何用统计手段确定待测数据特性的方法。     

基于单幅数字散斑投影及图像相关的离面振动测量

采用单幅数字散斑图投影及高速数字图像采集技术,研究了动态离面位移的测量。采用商用液晶投影仪将计算机产生的模拟散斑图投影到待测动态变形物体表面,由高速数字图像采集设备摄取并保存变形散斑图,采用时间序列数字图像相关软件计算出物体表面各点随时间变化的离面位移。这种方法用于振动分析时不仅可以获得振型分布,而且还可以获得各点的振幅值。与现有的激光频闪照相测振及激光多普勒测振等方法相比,具有光学系统简单,可全场定量测量。悬臂梁振动实验结果证实了该方法的有效性。     

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.     

四波混频实时光学检测

分析了利用掺铁铌酸锂晶体作介质的简并四波混频及其在干涉计量术中应用的原理,描述了被测透明样品的表面各光波及其干涉形成的透射条纹及反射条纹,利用光折变晶体的介电驰豫特性,求得透射条纹和反射条纹的对比度随时间变化的公式及各参数的相互关系。对由透射条纹及反射条纹计算被测透明物体样品折射率和厚度不均匀性的方法作了数学分析,提出一种新型四波混频实时测量透明物体的光学不均匀性的方法和实验光路,对相关参数对测量过程及测量结果的影响作了探讨,得到了平板玻璃样品的干涉条纹图像,计算出实验结果。     

La0.7Ca0.3Mn1-xCrxO3 (0.01≤x≤0.60)的低温热导

测量了锰位掺Cr系列巨磁阻多晶样品La0 .7Ca0 .3Mn1-xCrxO3(0 .0 1≤x≤ 0 .6 0 )的热导 ,实验温区 77～ 30 0K .随着Cr掺杂浓度x的增加 ,热导率κ(T)在所测温区内受到的压制变大 ,但当x =0 .6 0时 ,热导值却有较大的回升 ,显示了Cr掺入对晶格结构局部涨落的影响 .随温度降低 ,低掺杂样品在MI(金属 绝缘体 )转变点附近热导率κ(T)由dκ/dT >0变成dκ/dT<0 ,而高掺杂样品无MI转变 ,热导率随温度降低而减小 ,即dκ/dT >0 ,我们认为这是由载流子处于局域或巡游状态时与晶格的相互作用不同而导致的 .     

硅纳米薄膜法向热导率的进一步分析

应用非平衡分子动力学方法进一步研究了平均温度为300K、厚度为2.715nm-43.44nm的单晶硅薄膜的法向热导率,模拟结果表明,薄膜热导率低于同温度下单晶硅的实验值,存在显著的尺寸效应,当膜厚度在20nm以下时,法向热导率随尺度减小而线性减小,当膜厚度大于20nm时法向热导率随尺度呈现二阶多项式变化。法向热导率的变化规律与面向热导率的变化规律类似,表明薄膜厚度和表面晶格结构对声子传热影响的复杂性。