[發(fā)明專利]激光測量支撐一維納米線熱傳導特性的方法及系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2019-01-14
• 公開（公告）號: CN109738414B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發(fā)明（設計）人: 張興;胡玉東;樊傲然;王海東;馬維剛
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/17;G01N25/18
• 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: 張潤

本發(fā)明公開了一種激光測量支撐一維納米線熱傳導特性的方法及系統(tǒng)，其中，該方法包括：加熱脈沖激光按照預設周期對一維納米線樣品和基底進行加熱，使一維納米線樣品和基底在預設周期內升溫和冷卻；在預設周期內，通過探測脈沖激光對一維納米線樣品和基底進行拉曼信號探測，根據(jù)拉曼信號的光譜峰位和溫度的線性關系，獲取在探測脈沖激光寬度內一維納米線樣品和基底的平均提升溫度；調整探測脈沖激光與加熱脈沖激光的周期偏差，獲取兩條一維納米線樣品和基底的溫度與時間的變化曲線，對兩條變化曲線進行無量綱化得到一維納米線樣品的熱傳導特性。該方法實現(xiàn)了有基底一維納米線原位無損非接觸式測量，可直接測量得到納米線熱傳導特性。

技術領域

本發(fā)明涉及微納米尺度熱物性測試技術領域，特別涉及一種激光測量支撐一維納米線熱傳導特性的方法及系統(tǒng)。

背景技術

納米線在能源，生物，微電子和微機械等許多領域受到廣泛關注。受量子效應和表面電子/聲子散射的影響，納米線的性質與體材料表現(xiàn)出很大差異。準確表征納米線的熱性質在實際應用中至關重要。歷史上，已經開發(fā)了用于測量納米線的熱性質的接觸和非接觸方法。其中，接觸式方法以T形法(Zhang X et al.,International Journal ofThermophysics,2000,21(4):965-980.)和微器件法(Kim P et al.,Physical reviewletters,2001,87(21):215502.)為代表，非接觸式方法以拉曼方法為代表。為消除界面熱阻的影響，通常的方法在實驗中對懸架的納米線進行測量。然而，在實際的電子器件中，納米線通常被基底支撐而非懸架。由于納米線和基底之間的界面處存在顯著的電子/聲子散射，懸架的納米線和支撐的納米線的熱物理性質可能存在明顯不同，文獻報道中很少有實驗對基底支撐的納米線進行熱物性的測量。

拉曼光譜是一種非接觸，無破壞性且易于操作的工具，可以用于測量納米材料的局域溫度。使用具有大數(shù)值孔徑(NA)的高倍率物鏡，聚焦激光光斑的直徑可小于1μm。在已有的文獻中，已經提出了穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)拉曼方法來測量納米線和納米薄膜的熱導率和熱擴散率。穩(wěn)態(tài)拉曼方法通過使用電流或激光加熱懸架納米線，并通過檢測拉曼峰值位移測量局部溫度，目前該方法已成功用于測量碳納米管，硅納米線，GaAs納米線等。但是，如果樣品被電流加熱，則測試樣品必須是導電的，并且要精細設計連接納米線的微電極，樣品和工藝要求高。如果樣品通過激光加熱，則應精確測量激光吸收系數(shù)，這對于大多數(shù)納米材料來說是很難實現(xiàn)的。Liu等人(Liu J H,et al.,Review of Scientific Instruments,2015,86(1):014901)通過使用單波長激光閃光拉曼方法解決了這個問題。在該方法中，加熱激光同時也是探測激光由電光調制器調制并引起周期性的溫度上升和下降。通過改變激光照射時間來測量測試納米線的溫度上升曲線，并且在無量綱分析中消除激光吸收系數(shù)。Li等人(LiQ Y,et al.,International Journal of Heat and Mass Transfer,2016,95:956-963.)將這種方法擴展到二維材料。但是由于電光調制器上升/下降時間的限制，最短曝光時間長于15ns，導致支撐二維材料測量的時間和溫度分辨率非常低。對于支撐的超細納米線或超薄納米膜，例如碳納米管和石墨烯，溫度在約10ns后就趨于穩(wěn)態(tài)。在這種情況下，單激光方法不能準確地測量整個溫度上升曲線，現(xiàn)有實驗研究尚不能精確的測定有基底一維納米線的熱傳導特性。

發(fā)明內容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種激光測量支撐一維納米線熱傳導特性的方法，該方法通過調整探測脈沖激光和加熱脈沖激光的時間周期間隔，獲得更高的時間精度和數(shù)據(jù)精度。

本發(fā)明的另一個目的在于提出一種激光測量支撐一維納米線熱傳導特性的系統(tǒng)。