【摘要】：飛秒激光抽運探測熱反射實驗方法由于其極高的時間分辨率、空間分辨率及非接觸測量方式,已經(jīng)得到越來越廣泛的應用。本文為推進本團隊自主研發(fā)的雙色光飛秒激光抽運探測熱反射系統(tǒng)的商用儀器化,開展了一系列改進工作,包括:設計優(yōu)化了光路系統(tǒng)使之達到了很高的集成度,使用先倍頻后調(diào)制的方案取代原來的先調(diào)制后倍頻方案;利用LabVIEW編寫了人機交互界面,改進了儀器控制方案,采用模塊化管理,增加了諸多測量功能,顯著提高了實驗測量的效率;使用高精度三維電控樣品臺實現(xiàn)精確聚焦光斑及選取樣品被測量點,同時實現(xiàn)了二維掃描熱成像的功能;建立了無物鏡測量裝置,實現(xiàn)了液體或粉體形式樣品及界面的熱物性參數(shù)測量。測量范圍方面,建立了飛秒激光抽運探測熱反射的低溫、高溫、高壓的測量系統(tǒng),探索了從4 K-1500 K溫度范圍內(nèi),常壓到高壓壓力范圍內(nèi)材料熱物性測量及界面熱輸運研究,極大地拓寬了原有測量系統(tǒng)的適用范圍。在數(shù)據(jù)處理方法方面,本文對多層結構樣品測量數(shù)據(jù)的擬合方法進行了優(yōu)化,提出了兩種簡化分析模型,簡化雙層熱輸運模型與簡化三層熱輸運模型。通過矩陣分析方法,對非簡化模型、簡化三層模型和簡化雙層模型進行了對比,簡化分析模型均將擬合參數(shù)從多個減少到一個來實現(xiàn)多層結構樣品的熱物性測量,但是在模擬與實驗研究中簡化三層熱輸運模型表現(xiàn)出了更好的效果。同時將優(yōu)化后的多層結構樣品數(shù)據(jù)處理方法運用到了 Cu-Ti-Diamond三層結構薄膜樣品界面的研究及典型導熱高分子復合材料界面熱導的研究。在Cu-Ti-Diamond樣品中經(jīng)過熱處理后由于TiC梯度中間層的形成,一方面獲得了較好的Cu/Diamond界面結合,另一方面由于TiC具有最大的聲子平均速度,能夠減弱金剛石與銅間的聲學失配,同時其熱膨脹系數(shù)、密度、德拜溫度介于銅與金剛石之間,顯著提高了Cu/Diamond界面熱導。在Al/PS/SAM/Sapphire結構樣品中,通過對SC-Al2O3采用NSL功能化后,aPS/SC-Al203界面熱導率得到顯著提高,并且發(fā)現(xiàn)改變界面相容可以提高熱導,界面相容性越好,界面熱導越大。在傳感層制備工藝優(yōu)化方面,本文對飛秒激光抽運探測熱反射方法樣品預處理中的一個關鍵工藝蒸鍍傳感層進行了探討,在不同基底上用不同蒸鍍速率蒸鍍了相同厚度的鋁傳感層,研究發(fā)現(xiàn)不同蒸鍍速率下飛秒激光抽運探測熱反射實驗測得的基底熱導率不一樣,通過SEM、XRR測量及對鋁傳感層的熱導率及體積熱容擬合的敏感度進行了分析得出蒸鍍速率越大,鋁傳感層晶粒越大,增大到一定程度,表面晶粒的不規(guī)則程度會變大。在飛秒激光抽運探測熱反射實驗中,鋁傳感層的熱導率對擬合不敏感,而體積熱容對擬合敏感,得出了蒸鍍速率會通過影響傳感層的體積熱容來影響飛秒激光抽運探測熱反射實驗的結論。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院工程熱物理研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN249

【參考文獻】

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1 孫方遠;飛秒激光抽運探測法固液界面熱輸運機理研究[D];中國科學院研究生院（工程熱物理研究所）;2014年

本文編號：2760222