低温单色器硅晶体界面接触热阻的实验研究

随着同步辐射装置的发展,同步辐射光源亮度不断地提高,其会对单色器硅晶体产生巨大的热负荷。若不及时有效地释放这些热负载,会导致晶体局部变形,从而影响光的传输效率。接触热阻是影响硅晶体散热能力的重要因素,因此设计和搭建了固体界面接触热阻的实验测量平台,测量不同填充材料及压力对接触热阻的影响。该研究不仅完善了硅晶体与无氧铜接触热阻在低温真空环境下的实验数据,也为晶体单色器的理论分析和冷却结构设计提供了可靠的参数保证。     

液氮冷却硅晶体单色器的流固耦合传热研究

液氮冷却硅晶体单色器是一个流固耦合传热系统,涉及固体部件之间的传热和计算流体力学(CFD)问题。硅晶体和无氧铜之间发生热传导,无氧铜和液氮之间进行对流换热。确定上述流固耦合传热系统的内部边界条件成为该系统研究的难点。因此,采用热流固三场耦合分析方法将液氮-无氧铜-硅晶体作为一个整体进行研究,计算时只定义系统的外部边界条件。该冷却结构设计考虑了硅晶体和无氧铜之间的接触热阻和液氮在冷却通道内的流动,因而模拟结果与实际状况更加接近,且此液氮间接冷却硅晶体单色器结构能够承受870W的热负荷将用于北京先进光源。     

复合隔热结构活塞界面材料接触热阻实验研究

复合隔热结构活塞是一种新型的高功率密度柴油机活塞,其结构由多种材料组合而成,而材料间的界面接触热阻会对活塞的隔热效果产生影响。本文基于稳态热流法搭建测量接触热阻实验装置,分别对钛合金与耐热钢之间的接触热阻和耐热钢与铝合金之间的接触热阻进行了测量,并对试验的误差进行分析,确定试验过程中界面热阻的最大测试误差为5.81%,研究了活塞工况下的压力和温度对材料界面接触热阻的影响.结果表明:相同压力下,随界面温度的升高接触热阻呈下降趋势.在界面压力较小条件下,温度的变化对接触热阻影响比较明显。相同温度下,材料接触界面处的压力越大,其接触热阻值就越小,但是在不同的温度阶段,接触热阻减小幅度不同.同样的载荷与温度条件下,耐热钢和铝合金的界面接触热阻比钛合金和耐热钢材料组合的接触热阻小.     

基于拉曼散射的石墨烯/氧化硅界面传热研究

本文提出了一种"拉曼热测量两步法",成功测量了单层石墨烯与二氧化硅基底之间的界面热阻和石墨烯在基底作用下的导热系数。第一步利用稳态电流加热石墨烯,利用拉曼响应测量其与基底的温差,继而测得石墨烯与基底之间的界面热阻。第二步通过激光加热,由拉曼散射信号获得不同加热功率下的石墨烯的局部温度,根据点热源热扩散模型推导出石墨烯的导热系数。研究发现非约束状态下的石墨烯在加热状态下由于具有明显的形貌变化(褶皱,局部脱离基底等),导致产生较大的接触热阻;同时实验发现由于界面处的声子散射和泄漏,基底状态下的石墨烯导热系数较低。本文利用拉曼热测量技术同时实现了石墨烯界面热阻和石墨烯导热系数的无损化和非接触式测量。     

一种测量板间接触热阻的新方法

材料结构界面的接触热阻对飞行器热防护和热控制系统的性能有直接影响,在设计和研制阶段均要慎重考虑。本文提出了一种测量板间接触热阻的新方法——"叠片法",即采用多个样件层叠的方式,可以较方便、准确地测量不同平板金属之间、非金属之间以及金属与非金属材料接触界面的实际接触热阻。通过对典型样件的测试分析,结果表明测量方法能够满足工程应用的需要。     

原位测量固体材料热导率的改进热探针方法

热导率是一个重要的热特性参数,它的测量方法包括稳态法和瞬态法。然而,各测量方法由于接触界面均存在非完美热接触,导致接触热阻无法忽略,进而降低热导率测量的准确性。于是,本研究提出了一种改进的热探针方法,即原位浇筑单针法,来降低接触热阻的影响。同时我们还采用了另外四种常用的热导率测量方法测量六种材料的热导率。并且,为了研究接触热阻对热导率测量的影响,我们采用了涂抹导热硅脂的双针法和单针法测量材料热导率。研究表明,原位浇筑单针法的测量结果与其它四种方法热导率的测量结果相一致,并且,原位浇筑单针法可以有效地减少接触热阻,从而提高热导率测量的准确度。     

低温下固体接触热阻与接触电阻的实验研究

在低温工程中,两个接触固体之间存在着接触热阻与接触电阻,将对低温实验中热量及电流的传输产生显著的影响,是进行低温下物性研究的关键。自行研制了一套可同步实现固体接触热阻和接触电阻的测量装置,该系统具有较高的精度,可实现外界力、温度等对接触热阻的测量,同时具备接触电阻的实时测量功能。在此基础上,开展了外界压力、温度、电流对接触热阻和接触电阻的实验研究。实验结果显示:随着压力的增大,接触热阻与接触电阻随之减小;低温下,随着温度的增大接触热阻与接触电阻增大,接触电阻增大的速率要比接触热阻快。温度平衡时,20mA范围内的电流变化对接触电阻的影响显著,对接触热阻影响非常小。当界面温度达到室温后,首次观测到接触热阻和接触电阻会随着温度的增大而减小。     

发光多孔硅表面微结构及其晶格畸变的实验研究

用电化学方法制备了不发光多孔硅和发光多孔硅,用X射线双晶衍射对两类多孔硅表面进行了微结构分析和晶体质量表征,实验表明两类多孔硅的微结构间存在着很大差别。不发光多孔硅表面对X射线的双晶衍射摇摆曲线可解叠成两个峰,它们分别来自样品多孔层和单晶硅衬底,而发光多孔硅对X射线的双晶衍射摇摆曲线呈高斯对称分布,不可解叠。发光多孔硅比不发光多孔硅表面晶体质量差,且电化学腐蚀越严重,表面晶体质量下降也越严重。     

硅光电二极管作为CsI(Tl)晶体读出元件的实验研究

报道了硅光电二极管作为CsI(Tl)晶体读出元件的实验研究.测量了日本Hamamatsu生产的两种硅光电二极管的读出性能,包括能量分辨率与偏压、成形时间、灵敏面积和晶体尺寸的关系.     

一种测量功率型LED热阻的方法

叙述了正向电压法测量功率型LED温度系数K和热阻的原理,介绍了测试装置及具体测试过程,对蓝宝石衬底正装LED和硅衬底倒装LED的温度系数和热阻进行了测量.选用热阻已知的LED样品,对其实际值与测量值进行了比较,误差在5% 左右,证实了这种热阻测量方法是可行的.     

微结构接触界面热阻

微纳米结构的接触热传输是热电转换、超导冷却、集成芯片散热等高技术领域面临并必须着力解决的技术问题,它区别于宏观热传输,具有为尺度依赖效应和多个微观特征量。文中从微结构接触热传输阻力角度出发,探讨了接触热阻及界面热阻区别,阐释了微尺度的特征量,接触界面热阻实验及理论研究方法、实验参数的测量,接触热阻及界面热阻的材料选择。通过接触界面热阻这些方面的研究,为研究接触界面热阻研究提供了较全面的参考。     

一维多孔硅光子晶体反射特性及制作的理论研究

在一维光子晶体光学传输特性理论的基础上,运用传输矩阵法推导了一维多孔硅光子晶体的反射特性,并对其反射特性与结构参数的关系进行了分析。给出了采用脉冲电化学阳极腐蚀法制备一维多孔硅光子晶体的制作模型。利用计算机数值模拟的方法给出了各种一维多孔硅光子晶体的典型反射谱。为多孔硅光子晶体的实际应用奠定了理论基础。     

基于CMY模型改进的界面热阻模型及其应用

导热膏填充的接触界面热阻由接触热阻和间隙热阻两部分组成。本文采用截锥体接触的单热流通道模型代替CMY模型中的圆盘接触的单热流通道模型,推导出了改进的接触热阻计算公式。本文还结合间隙热阻的计算公式,得到了一种改进的导热膏填充的接触界面热阻模型。通过分析得出了如下结论:对于使用导热膏填充的接触界面的热阻而言,其主要影响因素为接触表面的粗糙度和导热膏的导热系数,而接触界面间压力对其的影响则相对较小。     

超晶格结构对铝硅界面热阻的影响

近年来,提高微纳电子器件的散热和原子尺度界面热输运性能受到了广泛的关注,很重要的原因是界面热阻导致的微纳电子器件发热制约了性能的稳定性。因此,我们提出利用超晶格结构来降低界面热阻的方法。本文采用非平衡分子动力学模拟的方法,研究了室温(300 K)下硅同位素超晶格结构对铝硅界面热阻的影响。计算结果表明利用硅超晶格结构可以明显地降低铝硅界面热阻。并且对结果给予了讨论,这有助于更好地理解界面热输运的机制。     

光子晶体光纤产生飞秒超连续谱的实验研究

研究了飞秒脉冲经过光子晶体光纤时超连续谱产生的物理机制。采用输出波长可调谐的钛宝石光参量放大器作为泵浦源,光纤光谱仪测量不同泵浦功率和不同泵浦波长条件下光子晶体光纤产生的超连续谱的光谱图,对进行了归一化处理后的不同泵浦功率和不同泵浦波长条件下的超连续谱进行对比,分析影响光子晶体光纤超连续谱差异的物理机制。实验结果表明,当泵浦波长不变时,随着入射泵浦脉冲平均功率的增大,波峰增多,谱宽也逐渐加宽并伴随着出现能量向短波方向集中的现象,泵浦功率到达一定强度时,超连续谱的宽度最后到达饱和,谱的包络趋于稳定;入射光功率稳定在300 mW时,超连续谱的宽度和形状皆受到泵浦波长影响,在760～840 nm范围内,泵浦波长越长,波峰数越多,泵浦脉冲波长离零色散点越近,光子晶体光纤产生的超连续谱谱宽会越宽,超连续谱的形状相对越平坦。     

基于直接胶体晶体刻蚀技术的高度有序纳米硅阵列的尺寸及形貌控制

以自组装单层胶体小球阵列为掩模，采用直接胶体晶体刻蚀技术在硅表面制备二维有序尺寸可控的纳米结构.在样品制备过程中，首先通过自组装法在硅表面制备了直径200nm的单层聚苯乙烯(PS)胶体小球的二维有序阵列；然后对样品直接进行反应离子刻蚀(RIE)，以氧气为气源，利用氧等离子体对聚苯乙烯小球和对硅的选择性刻蚀作用，通过改变刻蚀时间，制备出不同尺寸的PS胶体小球的有序单层阵列；接着以此二维PS胶体单层膜为掩模，以四氟化碳为气源对样品进行刻蚀；最后去除胶体球后得到二维有序的硅柱阵列.SEM和AFM的测量结果表明：改变氧等离子体对胶体球的刻蚀时间和四氟化碳对硅的刻蚀时间，可以控制硅柱的尺寸以及形貌，而硅柱阵列的周期取决于原始胶体球的直径. 关键词： 胶体晶体刻蚀 纳米硅柱阵列     

螺旋线慢波结构中界面热阻率的研究

通过理论和实验的方法,对螺旋线慢波结构中的界面热阻率进行了研究.分析了两个接触处的界面热阻率对慢波结构散热性能的不同影响.提出了一种计算界面热阻率的方法,并对其准确性和可行性进行了验证.该方法可以分别估算两个接触处的界面热阻率,并考虑了组件材料属性随温度变化的特性.利用该方法研究了夹持杆材料和装配方法对螺旋线慢波结构界面热阻率的影响. 关键词： 慢波结构 散热性能 界面热阻率     

基于界面热阻等效模型的超导磁体热输运分析

为解决直接冷却超导磁体中接触界面热阻造成的传热不连续问题,以实验数据为依据采用等效模型模拟接触界面热阻;基于有限元理论分析界面热阻对超导磁体热输运的影响;仿真结果表明等效模型的采用有助于解决低温下超导磁体接触界面间传热的不连续性问题,为研究高温超导磁体的热输运机理提供了一种新思路.     

考虑界面接触热阻的一维复合结构的热整流机理

建立了考虑变截面、变热导率及界面接触热阻效应的组合热整流结构的温度场及热整流系数的理论模型和有限元解.数值算例证明了本文模型及算法的可靠性,进而通过参数影响研究确定了若干几何及材料参数对结构热整流系数的影响规律,揭示界面接触热阻对热整流效果的影响机理.研究结果表明长度比、截面半径变化率、热导率、边界条件温差和界面接触热阻等因素必须通过优化设计才能得到最大的热整流系数,同时界面接触热阻的引入也为调控热整流系数提供了一条新的途径.     

微小区域热场的测试与分析

本文用显微热成像系统测量微小区域的表面温度和用数值模拟方法分析微小区域内的温度分布，对被测表面进行了发射率标定和环境辐射修正，三维稳态数值模拟着重考虑了界面接触热阻的处理。文中用以上手段分析了场效应功率器件的热可靠性。