[發明專利]一維材料接觸熱阻的測量方法

有效

• 申請號: 201210426861.7
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN103792253A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 劉軍庫;李群慶;鄒淵;范守善
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種一維材料接觸熱阻的測量方法。

背景技術

接觸熱阻是指第一固體與第二固體的表面相互接觸時，由于接觸面的幾何形貌不一致，熱流從界面的一側向另一側運輸時，在接觸點處將會引起熱流收縮。第一固體與第二固體于接觸點的接觸熱阻的計算滿足以下關系式：

式中，為第一固體與第二固體于接觸點的接觸熱阻，為第一固體與第二固體分別靠近接觸點處之間的溫度差，為由第一固體經由接觸點流向第二固體的熱流的密度。

接觸熱阻是反應材料熱學性質的重要參數。在工程散熱等應用領域，材料相互重疊或交叉，其實際的導熱性能遠低于其理論的導熱性能，因此，準確測量各種材料的交叉結的接觸熱阻不論是對于理解材料本身的導熱性能還是對于實際應用都具有重要意義。

當需要測量接觸熱阻的被測物為納米級的一維材料時，如納米絲、單根碳納米管、碳納米管束及碳納米管線等，其接觸熱阻的測量一直比較困難。因為在接觸熱阻測量中，需要得到被測物靠近接觸點處的溫度。但是對于納米級的一維材料，由于它們橫截面的特征寬度在100納米以內，需要對被測物測溫的區域在微米量級（1~23微米），傳統的測溫工具不具有如此精確的測量分辨率，因此用傳統的測溫工具難以測量納米級的一維材料分別靠近接觸點處的溫度，即使測到了，也很不精確。

物質的熱容量正比于其質量。通常，納米級的一維材料在小尺度測溫區域內的質量很小，因此納米級的一維材料在該區域的熱容量也很小。如果用接觸式的測溫方法，當溫度計的溫度探頭與該納米級的一維材料接觸時，該納米級的一維材料的局域溫度就會被迅速的改變，直到與溫度探測裝置接觸部分的溫度相同。而溫度探頭通常是宏觀體，熱容量很大，在小尺度測溫區域內該納米級的一維材料釋放的熱流對探頭溫度的改變是微乎其微的。這樣，傳統的測溫方法不僅無法測量納米級的一維材料的溫度，而且會嚴重影響納米級的一維材料的熱學狀態。另外，由于納米級的一維材料的尺寸很小導致被測物各點的溫差無法準確測量，從而導致與溫差相關的接觸熱阻的測量都無法進行。同理，微米級的一維材料的接觸熱阻測量也存在同樣的問題。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種能夠精確測量到一維納米級材料或一維微米級材料等小尺寸的一維材料的接觸熱阻的測量方法。

一種一維材料接觸熱阻的測量方法，其包括以下步驟：?(1)?提供一由第一被測物與第二被測物交叉且接觸形成的交叉結，該交叉結懸空設置，該第一被測物與該第二被測物為相同的一維材料，該一維材料的熱導率為，該一維材料的拉曼光譜的特征峰頻值隨溫度變化的函數關系為，所述a，b均為常數；(2)?對第一被測物的除交叉結之外的某個點進行加熱，使第一被測物和第二被測物上的各點在一段時間后達到熱平衡；(3)以該交叉結的位置O點為基準，以為單位間距，在達到熱平衡后的第一被測物上依次選取A點與B點，并在達到熱平衡后的第二被測物上依次選取C點與D點，測量獲得A點與C點之間的拉曼光譜的特征峰頻值之差、B點與A點之間的拉曼光譜的特征峰頻值之差、以及C點與D點之間的拉曼光譜的特征峰頻值之差；(4)根據步驟(3)?得到的、、，和步驟(1)中的該一維材料的拉曼光譜的特征峰頻值隨溫度變化的函數關系計算獲得A點與C點之間的溫度差、B點與A點之間的溫度差、以及C點與D點之間的溫度差；(5)根據步驟(4)?得到的、以及計算獲得所述第一被測物靠近交叉結1處與第二被測物靠近交叉結處的溫度差，其中，;(6)根據步驟(1)得到的該一維材料的熱導率和單位間距、以及步驟(4)得到的所述第二被測物的C點與D點之間的溫度差計算從第一被測物經過交叉結流向第二被測物的熱流的密度，其中，；(7)根據步驟(5)得到的所述第一被測物及第二被測物靠近交叉結處的溫度差、以及步驟(6)得到的從所述第一被測物經過交叉結流向第二被測物的熱流的密度計算獲得該一維材料的接觸熱阻，其中，。