[發明專利]表征二維納米材料熱物性的雙脈沖閃光拉曼方法及系統

有效

• 申請號: 201711384573.9
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108107074B
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 張興;樊傲然;胡玉東;馬維剛
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N21/65
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙天月

1.一種表征二維納米材料熱物性的雙脈沖閃光拉曼方法，其特征在于，包括：

(1)通過波長不同、脈沖周期相同的加熱脈沖激光和探測脈沖激光，獲得樣品的溫升數據，且所述加熱脈沖激光和探測脈沖激光都是連續激光通過電光調制器和信號發生器的調制而形成的，并且，所述探測脈沖激光的波長大于所述加熱脈沖激光的波長；

(2)基于所述溫升數據，確定出所述樣品的熱物性參數；

其中，步驟(1)進一步包括：

(1-1)通過加熱脈沖激光，在第一脈沖時間t_h內使所述樣品的溫度從環境溫度T₁升至穩態T₂；

(1-2)所述樣品在第一間隔時間t_c內，從所述穩態T₂冷卻至環境溫度T₁，且從所述第一間隔時間t_c內的時間偏差t_d開始，通過探測脈沖激光在第二脈沖時間t_p內對所述樣品進行拉曼信號探測，以便獲得所述樣品的拉曼光譜，所述時間偏差t_d是通過雙通道信號發生器分別調控探測脈沖激光與加熱脈沖激光而實現的；

(1-3)基于步驟(1-2)獲得的所述拉曼光譜中所述二維納米材料的特征峰偏移值，確定所述樣品在第二脈沖時間t_p內的溫升T₃。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述樣品的下表面設有基底；

而且，步驟(1-2)進一步包括：

通過所述探測脈沖激光在所述第二脈沖時間t_p內對所述樣品進行拉曼信號探測，以便獲得所述樣品和所述基底的拉曼光譜；

并且，步驟(1-3)進一步包括：

基于所述拉曼光譜中所述二維納米材料和所述基底各自的特征峰偏移值，確定出第二脈沖時間t_p內所述樣品的溫升T₃和所述基底的溫升T₄。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，

所述二維納米材料為非金屬二維納米薄膜材料，所述非金屬二維納米薄膜材料為石墨烯、硅烯或磷烯，

所述基底的材料為二氧化硅或其他有拉曼特征峰的非金屬材料。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，

所述探測脈沖激光照射在所述樣品的上表面的強度小于3mW；

步驟(1)在真空環境下進行，并且所述真空環境的真空度小于10^-3Pa。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱物性參數包括熱導率、熱擴散率和接觸熱導的至少之一；并且，步驟(2)進一步包括：

(2-1)建立降溫階段的非穩態導熱方程組；

(2-2)對所述非穩態導熱方程組進行無量綱化處理；

(2-3)基于所述溫升數據，對所述無量綱化處理的非穩態導熱方程組進行多參數擬合處理，以便獲得所述樣品的熱物性參數。

6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在步驟(2-1)中，對于設有基底的所述樣品，耦合有所述基底的樣品在降溫階段的非穩態導熱方程組如下所示：

其中，所述樣品的高斯平均溫升為

所述基底的表面高斯平均溫升為

所述樣品的穩態溫升為

所述基底的穩態溫升為

所述探測激光的高斯平均常數為α_s為所述樣品的熱擴散率、α_b為所述基底的熱擴散率，g為所述樣品和所述基底之間的接觸熱導。

7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在步驟(2-1)中，對于懸架設置的所述樣品，所述樣品在降溫階段的非穩態導熱方程組如下所示：

其中，所述樣品的高斯平均溫升為

所述樣品的穩態溫升為

所述探測激光的高斯平均常數為α_s為所述樣品的熱擴散率。