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3-Omega方法测量微纳材料热物性

彭展  
【摘要】:微纳尺度材料的应用越来越广泛,但是由于尺寸等方面的限制,不能再使用传统的测量宏观物体热物性的方法测量其热物性,因此我们搭建了可用于微纳米尺度样品热物性研究的3-Omega测试平台,并测量了一些广泛应用的纳米材料。首先,根据3-Omega方法的基本原理,分析了待测样品的热物性与金属加热膜两端电压信号之间的联系,并搭建了3-Omega方法测试平台,设计了可用于测量固体和流体材料测量的探测器。其次,测量了国家标准物质的导热系数来验证实验平台的准确性。首先测量了硅的热导率为113W/m-K,与文献中的值比偏小,这是由于我们的样品不是纯硅,含有杂质。因此我们测量Pyrex7740样品,该物质在国际上经常用于验证热物性实验的准确性。得到其导热系数为1.31W/m-K,与文献中1.26W/m-K相差很小,因此可以有效说明我们实验平台的准确性。然后,设计了新的探测器,进行流体样品的测试。我们先测量了标准样品乙二醇,得到的测量值与文献值在常温下仅相差1%,因此我们的实验平台也可以准确的应用在流体的测试中。紧接着测量了用于机械上的含有纳米颗粒润滑油的热导率,其热导率相比于原油提高近12~16%,对于提高机械部件的散热性能有重要作用;还测量了用于太阳能海水淡化的石墨纳米流体热导率,其热导率相比于纯水增大了近13%,对于海水淡化过程中,提高淡水的产量有着重要作用。最后,进行了水凝胶导热系数的实验测量。其在医学和工业领域有着广泛的应用,因此在实际应用时就要涉及到散热方面的问题,我们对其进行了热导率的实验研究,填补了水凝胶在热学方面研究的空白,并且发现水凝胶的热导率与其交联程度有关系;交联程度越大,热导率越高,交联程度越低,热导率也越低。另外水凝胶热导率与温度也有一定的关系,随着温度的升高,水凝胶的热导率也随之升高。


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