[發(fā)明專利]一種納米尺度極低熱導(dǎo)的原位表征裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810595102.0
• 申請日: 2018-06-11
• 公開（公告）號: CN110579628B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾華榮;陳立東;徐琨淇;趙坤宇;李國榮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: G01Q60/24
• 分類號: G01Q60/24;G01Q30/00;G01Q30/04
• 代理公司: 上海專利商標事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 郭蔚

1.一種納米尺度極低熱導(dǎo)的原位表征裝置，用于檢測一被測熱電材料樣品的微區(qū)熱導(dǎo)，其特征在于，所述裝置進一步包括：

一納米尺度熱學信號原位激勵模塊，用于原位激發(fā)與所述被測熱電材料樣品接觸前后的微區(qū)熱導(dǎo)相關(guān)的一倍頻、三倍頻諧波電壓信號；

一納米尺度熱學信號原位檢測模塊，用于實現(xiàn)所述一倍頻、三倍頻諧波電壓信號的原位實時檢測和處理，并顯示微區(qū)熱導(dǎo)的原位表征結(jié)果；

所述微區(qū)熱導(dǎo)表達式為：

其中，ΔV_3ω為熱電探針接觸所述被測熱電材料樣品前后的三倍頻諧波電壓信號之差，V_ω為熱電探針一倍頻諧波電壓信號，ω為熱電探針加熱頻率，λ_s為微區(qū)熱導(dǎo)，R₀為熱電探針室溫電阻，C為常數(shù)，所述熱電探針加熱頻率ω在90Hz～760Hz范圍內(nèi)，根據(jù)ΔV_3ω與lnω線性關(guān)系的斜率定量表征出所述微區(qū)熱導(dǎo)λ_s。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米尺度極低熱導(dǎo)的原位表征裝置，其特征在于，

所述原位表征的微區(qū)熱導(dǎo)λ_s低于1W/m·K。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的納米尺度極低熱導(dǎo)的原位表征裝置，其特征在于，所述納米尺度熱學信號原位激勵模塊進一步包括：

一原子力顯微鏡平臺，一熱電探針，一電阻，兩個可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)，一信號發(fā)生器，被測熱電材料樣品，一磁性底座，一信號傳輸端，一一倍頻諧波電壓信號輸出端口，一三倍頻諧波電壓信號輸出端口，其中，所述被測熱電材料樣品置于所述磁性底座上，所述熱電探針、所述電阻和所述兩個可調(diào)電阻網(wǎng)絡(luò)和信號發(fā)生器組成一惠斯通電橋，所述熱電探針與所述被測熱電材料樣品先非接觸、后接觸并置其上，以檢測與所述被測熱電材料樣品接觸前后的所述熱電探針熱信號的變化；所述熱電探針一倍頻諧波電壓信號輸出端口兩端源于所述熱電探針的引線兩端，所述熱電探針三倍頻諧波電壓信號輸出端口的第一端連接所述熱電探針與所述惠斯通電橋相連端，其第二端連接所述電阻與所述惠斯通電橋相連端。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米尺度極低熱導(dǎo)的原位表征裝置，其特征在于，

所述一倍頻諧波電壓信號源于一交變電流作用于所述熱電探針所誘導(dǎo)的一倍頻諧波電壓信號，所述熱電探針三倍頻諧波電壓信號源于所述交變電流作用于所述熱電探針與所述被測熱電材料樣品接觸前后產(chǎn)生的頻率為三倍頻諧波電壓信號，其中接觸前后的三倍頻諧波電壓信號之差與所述微區(qū)熱導(dǎo)相關(guān)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米尺度極低熱導(dǎo)的原位表征裝置，其特征在于，

所述熱電探針工作模式包括接觸工作模式和非接觸工作模式，在所述非接觸工作模式下，所述熱電探針與所述被測熱電材料樣品接觸前間距不低于10μm,以確保所產(chǎn)生的三倍頻諧波電壓信號僅局限于與空氣熱交換，不與所述被測熱電材料樣品表面產(chǎn)生熱交換。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米尺度極低熱導(dǎo)的原位表征裝置，其特征在于，

所述熱電探針包括一具熱敏電阻特性的探針。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的納米尺度極低熱導(dǎo)的原位表征裝置，其特征在于，

所述熱電探針的工作頻率范圍為100Hz～5kHz，工作電流范圍為1mA～100mA。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米尺度極低熱導(dǎo)的原位表征裝置，其特征在于，所述納米尺度熱學信號原位檢測模塊進一步包括：

第一、第二高靈敏度鎖相放大器，一信號采集模塊和一數(shù)據(jù)處理和顯示模塊，所述第一、第二高靈敏度鎖相放大器分別用以檢測并放大所述一倍頻諧波電壓信號、三倍頻諧波電壓信號，所述信號采集模塊用于實現(xiàn)所述第一、第二高靈敏度鎖相放大器的輸出信號的頻譜采集，所述數(shù)據(jù)處理及顯示模塊根據(jù)所述信號采集模塊的輸出計算獲得所述微區(qū)熱導(dǎo)。