[發(fā)明專利]一種基于熱釋電探測器的薄樣品熱導(dǎo)率測量裝置及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710326047.0
• 申請日: 2017-05-10
• 公開（公告）號: CN107132246B
• 公開（公告）日: 2019-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黎威志;陳金華;李方圓;李航;于賀;太惠玲
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 徐金瓊;劉東

本發(fā)明公開了一種基于熱釋電探測器的薄樣品熱導(dǎo)率測量裝置及其方法，屬于薄樣品熱導(dǎo)率測量裝置及其方法技術(shù)領(lǐng)域，解決測量薄樣品的熱導(dǎo)率時，操作復(fù)雜，測量速度慢，需要求得半溫升時間，造成不能準(zhǔn)確地測量薄樣品的熱導(dǎo)率的問題。本發(fā)明包括信號發(fā)生器、紅外脈沖激光器、半反半透的分光鏡、測試薄膜樣品、測試熱釋電探測器、參考熱釋電探測器、示波器。信號發(fā)生器產(chǎn)生的信號控制紅外脈沖激光器輸出所需波形，半反半透的分光鏡分為兩束光，照射到帶有待測材料的測試熱釋電探測器和參考熱釋電探測器得到電壓響應(yīng)信號。兩路電壓信號由于兩路熱導(dǎo)率的不同導(dǎo)致其響應(yīng)有先后，通過響應(yīng)的全升溫時間差即可得到熱導(dǎo)率，本發(fā)明用于測量薄膜樣品的熱導(dǎo)率。

技術(shù)領(lǐng)域

一種基于熱釋電探測器的薄樣品熱導(dǎo)率測量裝置，用于測量薄樣品的熱導(dǎo)率，屬于薄樣品熱導(dǎo)率測量裝置及其方法技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

熱導(dǎo)率又稱為導(dǎo)熱系數(shù)，反應(yīng)的是物質(zhì)的熱傳導(dǎo)的能力，按傅里葉定律，其定義為單位溫度梯度在單位時間內(nèi)經(jīng)單位導(dǎo)熱面所傳遞的能量。它表征了材料的傳熱性能和溫度均衡性能，在材料、能源、建筑、航空、化工、制冷等工程領(lǐng)域都有著重要的用途，其測試方法一直以來也是研究的熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)有測量方法主要有穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法兩大類，其中非穩(wěn)態(tài)測試方法具體有如閃光法、徑向熱流法、固體熱源法等。但這些方法在實(shí)際中仍然存在一些問題如徑向熱流法在熱源均勻度、功率波動、側(cè)向熱流損失方面沒有很好的解決，固體熱源法對于熱源與被測材料間的被測熱阻問題還有待解決。

廈門大學(xué)公開號為CN105301044A的發(fā)明專利“一種固體材料熱擴(kuò)散系數(shù)測量裝置及測量方法”中采用激光閃射法來測量多層樣品材料熱導(dǎo)，此方法較為復(fù)雜，成本也很高，需要通過軟件編程來求得半溫升時間，且空氣層的問題會隨著樣品層數(shù)的增加而愈加明顯，從而導(dǎo)致時間測量的誤差比較大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述不足之處提供了一種基于熱釋電探測器的薄樣品熱導(dǎo)率測量裝置及其方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中測量薄膜樣品的熱導(dǎo)率時，因需要求得半溫升時間、空氣層的問題會隨著樣品層數(shù)的增加而愈加明顯，導(dǎo)致時間測量的誤差比較大，造成操作復(fù)雜，成本高，以及不能快速、精確地測量薄膜樣品的熱導(dǎo)率的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于熱釋電探測器的薄樣品熱導(dǎo)率測量裝置，包括：

信號發(fā)生器：用于發(fā)生方波脈沖信號和供電電壓；

紅外脈沖激光器：在信號發(fā)生器提供的供電電壓下，用于調(diào)制信號發(fā)生器發(fā)出的方波脈沖信號，并輸出方波信號；

半反半透的分光鏡：用于將紅外脈沖激光器調(diào)制輸出的方波信號分為兩路功率相同的紅外光信號；

參考熱釋電傳感器：用于在半反半透的分光鏡分得的一路紅外光信號的直接照射下，將照射的紅外光信號轉(zhuǎn)換為電壓參考信號，并輸出電壓參考信號；

測試熱釋電傳感器：用于在有待測薄樣品的情況下，將照射的半反半透的分光鏡分得的另一路紅外光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，并輸出電壓信號；

示波器：用于測量參考熱釋電傳感器輸出的電壓參考信號和測試熱釋電傳感器輸出的電壓信號達(dá)到最大值時的時間差。

一種基于熱釋電探測器的薄樣品熱導(dǎo)率測量方法，包括如下步驟：

1)獲取待測薄樣品，將待測薄樣品粘附到測試熱釋電傳感器上；

2)采用信號發(fā)生器發(fā)生兩路信號，兩路信號為紅外脈沖激光器的供電電壓和方波脈沖信號；

3)采用紅外脈沖激光器接收信號發(fā)生器發(fā)生的驅(qū)動電壓和方波脈沖信號，并調(diào)制信號發(fā)生器發(fā)出的方波脈沖信號，輸出方波信號；

4)采用半反半透的分光鏡將方波信號分為兩路功率相同的紅外光信號；