[實用新型]基于二氧化釩納米線的納米材料導熱系數的測量系統

有效

• 申請號: 201220458222.4
• 申請日: 2012-09-11
• 公開（公告）號: CN202770798U
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 范雯;季杰
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本實用新型屬于功能材料應用技術領域，具體涉及一種基于二氧化釩納米線相變特性的微/納米材料導熱系數測量系統。

背景技術

目前，隨著微/納米加工和分析等技術的發展，研究發現半導體材料在微/納米尺度下的尺寸效應、晶界效應等為其在力、熱、光、電、磁等方面帶來了獨特性能，并由此制造出功能強大、性能優越的微/納米級電子元器件，因此微/納米材料具有巨大的應用前景。但是隨著電子元件的尺寸持續減小至納米級，其發熱密度卻持續增大，這對微/納米器件的可靠性提出了挑戰。因此，為了維持和提高該電子元件的工作性能，微/納米尺度下散熱問題及其相關熱力學分析的基礎研究成為了一個至關重要的課題。

由于尺度的限制，微/納米材料的導熱系數等熱物性參數的測量研究一直是一個公認的難題，尤其對單根納米線/管熱物性參數的有效測量手段并不多，可分為接觸式和非接觸式兩類：接觸式包括有3ω法、周期加熱法、懸空熱導法等；非接觸式包括有閃光法、光熱反射法、光聲法。目前，這些研究方法存在有一定的問題：如在斜率-3ω法等接觸式方法中，微電路老化時加熱膜與基底之間的漏電可能導致其非線性接觸電阻的出現，進而造成納米線導熱系數測量實驗的失敗，而且加熱器兩端等溫的要求限制了該方法的使用范圍；還有,基于激光光熱技術的閃光法等非接觸式方法，一般不能直接測試熱導率而是測量熱擴散系數之后再導出該熱導系數，導致測量結果的準確度下降，而且該類方法的測量范圍也有較大的限制，難以測量納米線的導熱系數。由于上述原因，雖然已有研究在微/納米尺度下研究過部分納米線的導熱系數等熱物性參數隨溫度和直徑的變化規律，但是還缺乏對其導熱系數隨長度變化的實驗研究。

實用新型內容

為了克服上述3ω法等現有技術的不足，本實用新型提供一種基于二氧化釩納米線的納米材料導熱系數的測量系統，該系統在二氧化釩納米線相變特性的測溫技術的基礎上，利用激光輔助光學顯微技術將二氧化釩相變特性測溫技術和激光輔助光學顯微觀測相結合，既提高了納米線上溫度波動的測量精度，同時也解決了納米線導熱系數在不同壓強、溫度和納米線直徑條件下的測量問題。

具體的技術解決方案如下：

基于二氧化釩納米線的納米材料導熱系數的測量系統包括二氧化釩納米線懸臂梁12、激光熱源機構2、光學顯微鏡機構3和真空壓力腔機構1；激光熱源機構2和光學顯微鏡機構3位于真空壓力腔機構1外部；所述真空壓力腔機構1包括真空壓力腔體，真空壓力腔體側面設有真空壓力腔進出口14，真空壓力腔體頂部設有玻璃窗口15；所述真空壓力腔體內設有矩形承物臺10，矩形承物臺上設有硅片基底11；所述二氧化釩納米線懸臂梁12的一端通過鉑金薄膜13固定連接著硅片基底11，二氧化釩納米線懸臂梁12的另一端為懸臂端，二氧化釩納米線懸臂梁12與真空壓力腔體頂部的玻璃窗口15對應；所述光學顯微鏡機構3位于所述玻璃窗口15外部的上方；光學顯微鏡機構3由CCD圖像傳感器30、上凸透鏡31和下凸透鏡32組成，其中CCD圖像傳感器30位于上凸透鏡31的上方，下凸透鏡32與所述玻璃窗口對應；所述激光熱源機構2由依次排列的激光發生器20、半波偏振片21、偏振分束器22、透射式位相光柵23、濾光片24和折射鏡25組成，所述折射鏡25位于上凸透鏡31和下凸透鏡32之間，且與下凸透鏡32之間呈45度角；

??????進行測量時，待測納米線懸臂梁4的一端通過鉑金薄膜13固定連接著硅片基底11；待測納米線懸臂梁4的另一端為懸臂梁，且通過鉑金薄膜13固定連接著二氧化釩納米線懸臂梁12的懸臂端。

所述二氧化釩納米線懸臂梁12的長度為50-100μm，其矩形截面的寬度為0.5-1μm，高度為0.2-0.5μm，其在無應力狀態下被加熱至68℃時會發生半導體相至金屬相的相變。

所述待測納米線懸臂梁4的直徑為1-1000nm，長度為50-200μm。

所述硅片基底11上，二氧化釩納米線懸臂梁12和待測納米線懸臂梁4之間距離為10-20μm。