具有独立探头的3ω技术测量固体热导率

设计并制作了一种适用于3ω技术的独立探头.提出了利用基于这种独立探头的3ω技术进行固体热导率测量的原理和方法.与传统3ω技术相比,基于独立探头的3ω技术具有探测器使用寿命长、不再对样品表面有光滑要求的优势,并且实现了对样品热导率的无损测量.对几种标准样品的热导率进行测试的结果表明,基于独立探头的3ω技术在表征块状固体及...     

多壁碳纳米管/聚丙烯复合材料热导率研究

用Pt细丝代替已有3ω方法中的薄膜热线,并设计了基于Labview程序的虚拟测量系统,准确、方便地测量了聚丙烯复合材料的热导率. 测量结果发现,多壁碳纳米管/丁苯橡胶/聚丙烯三元复合材料的热导率随着多壁碳纳米管/丁苯橡胶粉末含量的增加变化不大;多壁碳纳米管/聚丙烯复合材料的热导率随着多壁碳纳米管含量增加而增大;复合材料热导率远小于简单混合规则预测的结果,而与有效介质理论符合很好. 关键词： ω法')" href="#">3ω法 多壁碳纳米管 聚丙烯复合材料 热导率     

氮化硅纳米薄膜非平衡热导率实验研究

3ω实验方法是一种可以对薄膜热导率进行瞬时测量的方法。根据3ω方法测试原理,搭建了薄膜导热系数测试平台,并且分别测试低频率段和高频段薄膜与基底的温升以及薄膜热导率。测试结果表明:Si3N4薄膜的热导率随温度的升高而增大;高频段下,热导率受频率影响大,误差大;在低频段下薄膜热导率与频率变化基本无关;基于电子与声子的局部热平衡运输方程假设,S i3N4薄膜的热导率具有极度非平衡性;通过比较电阻、热导率与温度的关系可以看出加热器的尺寸大小会影响薄膜的热导率,最佳加热器的宽度选用20μm左右。     

3ω方法及其在纳米材料器件表征中的应用

阐明了3ω方法的机理，并在此基础上讨论了它的一些基本应用.利用3ω方法可以对具有优 良导热和导电能力的材料的热导率和热容进行测量；对不能导电的材料，固态的或液态的， 利用3ω方法能对它们的热导率进行测量.对测量中涉及到的热辐射问题的讨论表明，由于使 用的是小样品，热辐射造成的影响可以忽视.通过理论推导，使用二维隧穿结点阵并借助3ω 方法，可以给出一种性能良好的二维库仑阻塞测温法. 关键词： 3ω方法 热容（定压） 热导率 库仑阻塞     

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。     

二氧化硅纳米薄膜非平衡热导率研究

二氧化硅纳米绝缘薄膜的传热是靠声子在薄膜的振动实现的.声子在纳米薄膜结构中传输的非平衡性影响了薄膜的热导率,3ω实验方法是一种可以对薄膜热导率进行瞬时测量的方法,本文采用3ω方法分别测量低频率段和高频段的二氧化硅薄膜温升及二氧化硅薄膜的热导率,对二氧化硅薄膜的非平衡热导率进行了分析.     

导热高分子聚合物研究进展

传统高分子聚合物是良好的电绝缘体和热绝缘体.高分子聚合物具备质量轻、耐腐蚀、可加工、可穿戴、电绝缘、低成本等优异特性.高分子聚合物被广泛应用于各种器件.由于高分子材料的热导率比较低(0.1—0.5 W·m^-1·K^-1),热管理(散热)面临严峻的挑战.理论及实验工作表明,先进高分子材料可以具有比传统传热材料(金属和陶瓷)更高热导率. Fermi-Pasta-Ulam (FPU)理论结果发现低维度原子链具有非常高的热导率.广泛使用的聚乙烯热绝缘体可以被转变为热导体:拉伸聚乙烯纳米纤维的热导率大约为104 W·m^-1·K^-1,拉伸的聚乙烯薄膜热导率大约为62 W·m^-1·K^-1.首先,本文通过理论和实验结果总结导热高分子材料的传热机理研究进展,并讨论了导热高分子聚合物的制备策略;然后,讨论了在传热机制及宏量制备方面,高分子聚合物研究领域所面临的新挑战;最后,对导热高分子的热管理应用前景进行了展望.例如,导热高分子聚合物在耐腐蚀散热片、低成本太阳能热水收集器、可穿...     

绝热材料低温热导率测试系统设计及试验研究

设计了一套绝热材料低温热导率测试系统。该系统以G-M制冷机为冷源,采用稳态轴向热流法对G10材料的热导率进行了试验研究。结果表明:该系统使用温区广,在4K~300K之间;通过测试两种不同尺寸样品的热导率,得到测试误差在2.9%以内,说明了该系统对绝热材料热导率的测试是可实现重复性的。利用该低温热导率测试系统可对其他不可压缩绝热材料的热导率进行测量。     

3ω法测量单根碳纤维导热系数和热容

考虑环境热损失,建立了单根碳纤维沿轴向的导热方程,得到了碳纤维热参数与交流加热信号的频域特性之间的关系.建立了适用于微细导电线或丝的3ω测试系统.利用3ω方法同时测量了单根碳纤维沿轴向的导热系数和热容.在室温下测量了Pt丝的导热系数和热容,验证了建立的实验系统的合理性,利用该方法测量的直径为7 μm单根碳纤维沿轴向的导热系数和热容分别为84.35 W·m-1·K-1和1.19 MJ·m-3·K-1.给出了实验测量的不确定度分析.建立的实验系统可用于单根碳纳米管或导电纳米线热参数的表征.     

直流法测试薄膜热导的数值模拟研究

薄膜的热导率是薄膜热学性能的最重要参数之一, 相对于多数文献的二维或三维测试结构, 本文采用一维双端支撑悬臂梁结构研究了薄膜热导率的测试方法. 悬臂梁包含上层的兼做加热电阻及测温电阻的金属条和下层的待测试薄膜. 利用一维热传导方程推导并获得了在直流电流加热条件下, 悬臂梁的温升分布(Δ T)及加热电阻两端电压增量(Δ U) 表达式与薄膜热导率之间的关系. 采用ANSYS有限元软件仿真了不同仿真参数时的Δ T及Δ U, 仿真结果与温升表达式计算结果符合得很好. 与常用的3倍频率法(3ω) 薄膜热学性能测试方法相比, 一维悬臂梁直流法测试结构及手段较为简单且可以获得更为精确的结果.     

低温下实验测量庞磁电阻材料的热导率

基于低频方波脉冲加热-冷却非稳态连续测量原理,应用PPMS多物性测量系统在温区150～360 K和外磁场0～9 T下对典型的庞磁电阻材料La_(2/3)Ca_(1/3)MnO_3的热导率进行了实验研究。结果表明,在外磁场作用下庞磁材料在居里温度附近会发生明显的热导率增大(或热阻率减小)的磁致热阻现象,但磁热阻效应的程度在数值上要明显低于庞磁电阻效应。     

碲化铋取向纳米柱状薄膜热导率测量

将热电材料制作成纳米柱状薄膜结构是一种理论上能有效降低热导率、从而大幅提升热电优值的操控手段。但是随之而来的问题是纳米柱状薄膜热导率的精确获取困难,因为常规的热物性测试手段已无法适用于该类表面多孔、厚度为微米量级结构热输运特性的表征。本文提出利用3ω方法可实现Bi_2Te_3取向纳米柱状薄膜热导率实验表征的测量结构,并且获得了纳米柱状薄膜的热导率和热扩散率值。该方法有望用于微米厚纳米柱状薄膜结构热输运性能的实验评价。     

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.     

高分子聚合物热输运调控的研究进展

高分子聚合物基热界面材料对高密度集成电路的散热起到至关重要的作用。本文主要阐述 高分子聚合物热导率的理论及实验研究进展,重点介绍近年来关于调控高分子聚合物热导率的相 关工作。此外,本文还对高分子聚合物热输运调控的发展趋势进行了展望,讨论目前研究中尚未 解决的问题及瓶颈。     

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。     

3ω微型探测器用于固体材料热导率的测量

传统3ω非对称模型的研究应用仅限于液体材料的热物性测量,本文应用3ω非对称模型基本原理开发了新型微型探测器。讨论了基于该方法测量液体与固体的精度问题,并分析了探测器金属带宽度、谐波信号频率范围、不同接触介质等对测量结果的影响。通过开展探测器结构参数与应用过程的优化,本文拓展了传统3ω非对称模型法,使之能够测量普通固体材料热导率。测量过程兼备结果准确(6%)、周期短、样品体积小、可重复多次使用等优点。     

含水砂土导热系数实验研究

对含水砂土导热系数随含水率变化规律的实验研究是进行地源热泵系统设计的基础,本文制备了五类不同粒径,不同含水率的砂样及八类混合砂样,测试了其热导率随含水率的变化规律,并拟合了混合砂样的热导率曲线,结果表明:对于五类不同粒径的砂样及八类混合砂样,热导率均随含水率的增加而增大,而粒径对于热导率影响不大,在低水分含量(ω15%)条件下,混合砂样拟合曲线与实验值吻合较好。     

用拉曼光谱测量GeSbSe玻璃的热导率

本文根据斯托克斯和反斯托克斯拉曼光谱散射截面的不同,测量样品表面温度,并进一步提出了一种测量材料热导率的新方法.利用该方法系统地研究了GexSb10Se90-x,GexSb15Se85-x和GexSb20Se80-x三个系列的GeSbSe玻璃的热导率,从而证明该方法的实用性和可靠性,同时分析其化学组分对材料结构和热导率的影响.该方法测量获得的热导率与文献报道的热导率基本一致,表明拉曼光谱法测试材料的热导率简单、快捷,是一种实用的测量材料热导率的方法.结果表明每个系列硫系玻璃的热导率随着Ge浓度的增加而增加,在等于或近似化学配比组分处,硫系玻璃的热导率达到最大值,然后随着Ge含量的继续增加而降低.认为GeSbSe硫系玻璃热导率表现出的阈值现象归因于GeSbSe三元网络结构分离为二元结构的结果.     

相变微胶囊的热导率测量

提出应用3ω谐波探测技术进行脲醛树脂-石蜡相变微胶囊的等效热导率测量方法。测试了跨越相变温度区间的微胶囊等效热导率,分析了等效热导率随温度的变化关系。在其相变温度区间内,热导率存在极大值,该极值点对应的温度与其相变温度峰值一致。同样温度下,降温时的等效热导率略小于升温,这主要是由降温时相变材料的过冷引起。     

基于双臂电桥的组合式测微方法

利用普通物理实验室的常见器材,如千分尺、变阻箱、检流计、电阻丝、导线等,根据螺旋放大、电桥平衡原理设计了螺旋电桥式测微仪.介绍了该装置的原理、使用方法和测量效果.