[發明專利]一種基于T形結構的納米線熱導率的測量裝置及方法

有效

• 申請號: 201710625233.4
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN107290381B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 張宇峰
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

本發明提供一種基于T形結構的納米線熱導率的測量裝置及方法，將熱線兩端搭接在熱沉上，將待測線搭接在熱線和熱沉之間，由于部分熱量沿待測線方向導走，沿熱線方向的溫度分布將發生變化，即由拋物線形變為雙拱形，熱線平均溫度將明顯下降。通過測量熱線的平均溫升的變化，就可求解得到待測線引入的總熱阻，從而求得待測線的熱導率。該裝置結構簡單，成本低廉，測量精度高，可用于包括導電、非導電細絲材料熱導率的測量，具有很大的通用性。

技術領域

本發明涉及微納米材料熱物性領域，特別是涉及一種基于T形結構的納米線熱導率的測量裝置及方法。

背景技術

隨著微納米技術的發展，新型纖維、碳納米管、半導體量子點和超晶格、納米顆粒等材料在航天航空、檢測、能源轉換、醫藥衛生等領域的應用日益廣泛。微器件的性能在很大程度上取決于其內部的熱量輸運能力，因此研究微納材料的熱學性能具有重要意義。由于微納米材料的熱物性與宏觀尺度材料存在很大差距，且宏觀尺度下用于表征溫度場分布的分析方法和測試手段在微納米尺度下不再適用，因此需要新的裝置和方法對微納米材料的熱物性進行測量。

發明內容

為了解決上述存在的問題，本發明提供一種基于T形結構的納米線熱導率的測量裝置及方法，該裝置結構簡單，成本低廉，測量精度高，可用于包括導電、非導電細絲材料熱導率的測量，具有很大的通用性，為達此目的，本發明提供一種基于T形結構的納米線熱導率的測量裝置，包括熱線、接觸節點、待測線和熱沉，所述熱沉有3塊，所述接觸節點的接觸電阻為R_c，所述接觸節點的兩側有熱線，所述接觸節點下端有待測線，所述熱線和待測線的端部與熱沉相接觸。

作為本發明進一步改進，所述待測線包括導電和非導電細絲材料，本發明導電和非導電細絲材料均可以使用。

作為本發明進一步改進，所述熱線采用純度超過99.95％的鉑絲作為電加熱線，Pt具有高化學穩定性、高電阻率以及強抗氧化性等特點，是一種優良的電阻溫度計。

作為本發明進一步改進，所述測量裝置的工作溫度范圍為13.8～1023K，本發明的工作溫度范圍為13.8～1023K，范圍較大。

作為本發明進一步改進，所述工作溫度范圍內，Pt電阻率表示為溫度的三次方關系：

ρ_e＝ρ₂₇₂[1+A(T-273)+B(T-273)²]；

其中ρ₂₇₃表示溫度為273K對應的電阻率，A、B分別近似為3.98×10^-3K^-1和-5.85×10^-7K^-2。定義阻溫系數為：

由于B是負數，β_T將隨著溫度升高而減小，在一定溫度范圍內，可用一階線性近似代替求導，即：

因此，Pt電阻率隨溫度的變化關系為：

通過測量Pt線電阻隨溫度的變化關系，可在不同的工作溫度擬合得到對應的阻溫系數，其中截面一致的Pt線的電阻隨溫度的變化為：

通過測量Pt熱線的電阻，由上式得到熱線的平均溫升。

本發明提供一種基于T形結構的納米線熱導率的測量裝置的測量方法：

第一步：在測量碳纖維熱導率之前，首先采用直接通電加熱法對熱線的電學和熱學性質進行校正，將熱線兩端都搭接在熱沉上，并通入直流電加熱，沿熱線長度方向的溫度分布將呈拋物形，考慮熱線表面熱輻射損失，通入電流I以后，得到沿熱線方向的一維穩態導熱方程為：