發(fā)布時(shí)間：2019-01-26 19:35

【摘要】：作為材料最基本的性能之一,熱物性是對(duì)特定熱過(guò)程進(jìn)行基礎(chǔ)研究、分析計(jì)算和工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù),也是能源技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。熱物性測(cè)量一直是材料研究中最基礎(chǔ)同時(shí)也最重要的需求。傳統(tǒng)的熱物性測(cè)量方法如閃光法、保護(hù)熱板法等因各有其限制條件,無(wú)法滿足熱物性測(cè)量中快速、精確、普適的要求。近年來(lái),3ω法作為新興的熱物性測(cè)量方法因其適用范圍廣、可測(cè)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(cè)量研究。尤其是獨(dú)立型聚酰亞胺薄膜探測(cè)器的研制成功,極大地降低了測(cè)量成本,簡(jiǎn)化了測(cè)量步驟,進(jìn)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(kuò)散率,測(cè)量信號(hào)需要在較低頻率才能穿過(guò)薄膜到達(dá)樣品。對(duì)于鎖相放大器而言,頻率越低就需要更長(zhǎng)的掃描時(shí)間,也就導(dǎo)致整個(gè)測(cè)量過(guò)程非常耗時(shí)。為了從根本上解決這一問(wèn)題,本文從獨(dú)立探測(cè)器基底材料的選取入手,選取了熱擴(kuò)散率高的藍(lán)寶石材料。根據(jù)穿透深度公式,要達(dá)到相同的穿透深度,材料熱擴(kuò)散率越大需要的頻率越高,鎖相放大器所需要的掃描時(shí)間就更短,從而縮短了整個(gè)測(cè)量過(guò)程的耗時(shí)。同時(shí),藍(lán)寶石莫氏硬度高達(dá)9,僅次于金剛石,可以很好的保護(hù)金屬帶探測(cè)器,從而使探測(cè)器達(dá)到耐用目的。本文選擇了一維薄膜導(dǎo)熱模型對(duì)測(cè)試結(jié)構(gòu)進(jìn)行導(dǎo)熱分析,將測(cè)量裝置看做兩層結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,上層為藍(lán)寶石基底,下層為待測(cè)樣品。同時(shí)使用matlab軟件計(jì)算了藍(lán)寶石基底內(nèi)部的面向熱損失,得出了測(cè)量時(shí)進(jìn)入樣品的有效熱流比。我們對(duì)一系列的標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行測(cè)試,如有機(jī)玻璃、石英玻璃、不銹鋼、鋁和銅等。實(shí)驗(yàn)證明,采用藍(lán)寶石作為基底材料,信號(hào)可以快速到達(dá)樣品,從而縮短了測(cè)量過(guò)程所消耗的時(shí)間。同時(shí),從制作完成到測(cè)試結(jié)束相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里,探測(cè)器未發(fā)生斷裂、破碎等損壞現(xiàn)象,比聚酰亞胺薄膜探測(cè)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(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(工程熱物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB302

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2415833