对流热损失对双曲两步热传导的影响

在激光热源加热时间远小于达到热平衡所需时间的条件下,研究了对流热损失对金属薄膜热行为的影响。指出当热源强度非常高且薄膜厚度满足L<20hc,e/G时,电子气的对流热损失对薄膜热行为的影响是不能忽略的;当L<20hc,l(θl-1)/Gθe时,固体晶格的对流热损失对薄膜行为有显著的影响。从双曲两步热传导模型出发,运用Laplace变换给出在考虑对流热损失的情况下,金属薄膜的电子气和固体晶格温度在Laplace变换域内的解析表达式,同时给出各种工作条件和材料参数对薄膜热损失的影响。     

飞秒激光加热多层金属薄膜的热响应

采用微观双曲两步热传导模型,研究了飞秒脉冲激光加热过程中多层金属薄膜的热响应。利用界面连续条件,推得三层金属薄膜各层薄膜内电子温度和晶格温度在拉普拉斯域内的解析表达式。通过拉普拉斯数值反变换,计算并绘制了100nm单层Au膜和34nmAu/33nmCr/33nmAu三层膜在飞秒脉冲激光加热过程中各层薄膜内电子温度和晶格温度沿薄膜厚度的分布曲线。数值结果表明,激光加热过程中不仅电子与晶格之间存在强烈的非平衡热行为,不同金属材料薄膜界面上金属晶格温度也具有急剧的非平衡行为。同时讨论了多层薄膜温度分布特点及其与薄膜材料参数的关系。     

双曲两步模型下金属薄膜的热行为

从双曲两步热传导模型出发,运用数值差分法求解了微尺度条件下热传递问题。利用特征值法对耦合的能量方程解耦,得到一组控制薄膜中的热波传播的特征方程,对特征方程组运用Godunov格式进行离散得到特征方程组的解。通过特征方程和原控制方程之间的关系,得到薄膜的温度响应并运用这种方法求解了薄膜的激光加热问题,揭示了在短脉冲激光加热条件下薄膜中热传递的波特性以及金属薄膜中电子气和晶格温度的非平衡态特征。     

微尺度热传导理论及金属薄膜的短脉冲激光加热

概述了微尺度热传导理论的几种模型及其求解方法。以金属薄膜的短脉冲激光加热为例,分析了固体材料在微尺度条件下的热响应特征,主要包括短脉冲激光加热条件下金属薄膜中的热平衡时间、薄膜中热传递的波动性特征和微尺度条件下热传递的尺寸效应;同时讨论了对流热损失对金属薄膜热行为的影响。