【摘要】：作為材料最基本的性能之一,熱物性是對特定熱過程進行基礎研究、分析計算和工程設計的關鍵參數(shù),也是能源技術發(fā)展的基礎。熱物性測量一直是材料研究中最基礎同時也最重要的需求。傳統(tǒng)的熱物性測量方法如閃光法、保護熱板法等因各有其限制條件,無法滿足熱物性測量中快速、精確、普適的要求。近年來,3ω法作為新興的熱物性測量方法因其適用范圍廣、可測參數(shù)多、精度高而得到快速發(fā)展,如今已被廣泛用于熱物性測量研究。尤其是獨立型聚酰亞胺薄膜探測器的研制成功,極大地降低了測量成本,簡化了測量步驟,進一步拓寬了3ω方法的適用范圍。由于聚酰亞胺薄膜的存在以及其較低的熱擴散率,測量信號需要在較低頻率才能穿過薄膜到達樣品。對于鎖相放大器而言,頻率越低就需要更長的掃描時間,也就導致整個測量過程非常耗時。為了從根本上解決這一問題,本文從獨立探測器基底材料的選取入手,選取了熱擴散率高的藍寶石材料。根據(jù)穿透深度公式,要達到相同的穿透深度,材料熱擴散率越大需要的頻率越高,鎖相放大器所需要的掃描時間就更短,從而縮短了整個測量過程的耗時。同時,藍寶石莫氏硬度高達9,僅次于金剛石,可以很好的保護金屬帶探測器,從而使探測器達到耐用目的。本文選擇了一維薄膜導熱模型對測試結構進行導熱分析,將測量裝置看做兩層結構進行分析,上層為藍寶石基底,下層為待測樣品。同時使用matlab軟件計算了藍寶石基底內部的面向熱損失,得出了測量時進入樣品的有效熱流比。我們對一系列的標準試樣進行測試,如有機玻璃、石英玻璃、不銹鋼、鋁和銅等。實驗證明,采用藍寶石作為基底材料,信號可以快速到達樣品,從而縮短了測量過程所消耗的時間。同時,從制作完成到測試結束相當長的時間里,探測器未發(fā)生斷裂、破碎等損壞現(xiàn)象,比聚酰亞胺薄膜探測器更耐用。
[Abstract]:As one of the most basic properties of materials, thermal properties are the key parameters for the analysis, calculation and engineering design of specific thermal processes, and are also the basis for the development of energy technology. The measurement of thermal properties has always been the most basic and important requirement in material research. Traditional methods of measuring thermal properties, such as flash method, protective hot plate method and so on, can not meet the requirements of fast, accurate and universal measurement because of their limited conditions. In recent years, 3 蠅 method has been developed rapidly because of its wide range of application, many parameters and high precision, and has been widely used in the research of thermal physical properties measurement. Especially, the successful development of independent polyimide thin film detector greatly reduces the cost of measurement, simplifies the measuring steps and further widens the application range of the 3 蠅 method. Due to the existence of polyimide film and its low thermal diffusivity, the measured signals need to be passed through the film at a lower frequency to reach the sample. For phase-locked amplifiers, the lower the frequency, the longer the scanning time, which makes the whole measurement process very time-consuming. In order to solve this problem fundamentally, the sapphire material with high thermal diffusivity is selected from the selection of the substrate material of the independent detector. According to the penetration depth formula, to reach the same penetration depth, the higher the material thermal diffusivity is, the higher the required frequency is, and the shorter the scanning time is for the phase-locked amplifier, thus shortening the time consuming of the whole measurement process. At the same time, the sapphire Morse hardness is up to 9, second only to diamond, which can protect the metal band detector and make the detector durable. In this paper, a one-dimensional thin film thermal conductivity model is selected to analyze the thermal conductivity of the test structure. The measuring device is treated as a two-layer structure. The upper layer is sapphire substrate and the lower layer is the sample to be tested. At the same time, the heat loss in the sapphire substrate was calculated by matlab software, and the effective heat flux ratio was obtained. We test a range of standard samples, such as plexiglass, quartz glass, stainless steel, aluminum and copper. It is proved by experiments that sapphire as substrate material can reach the sample quickly, thus shortening the time consumed in the measurement process. At the same time, from the completion of fabrication to the end of the test a long time, the detector did not break, broken and other damage, than the polyimide film detector is more durable.
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(工程熱物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB302

【共引文獻】

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本文編號：2415833