[发明专利]一维材料热导率测量系统及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量系统及测量方法，尤其涉及一种一维材料热导率测量系统及方法。

背景技术

热导率是反应材料热学性质的重要参数，因此在工程散热等应用领域，选择具有合适热导率的材料尤为重要，故准确测量各种材料的热导率对于材料的工程应用具有重要意义。

当需要测量热导率的被测物为一维的纳米材料时，如纳米丝、单根碳纳米管、碳纳米管束及碳纳米管线等，其热导率的测量一直比较困难。因为在热导率测量中，需要得到被测物在某一区域的温度差。但是对于一维的纳米材料，由于它们横截面的特征宽度在100纳米以内，需要对被测物测温的区域在微米量级(1～20微米)，传统的测温工具不具有如此精确的测量分辨率，因此用传统的测温工具难以测量一维纳米材料某一区域的温度差，即使测到了，也很不精确。

物质的热容量正比于其质量。通常，一维的纳米材料在小尺度测温区域内的质量很小，因此一维的纳米材料在该区域的热容量也很小。如果用接触式的测温方法，当温度计的温度探头与该一维纳米材料接触时，该一维纳米材料的局域温度就会被迅速的改变，直到与温度探测装置接触部分的温度相同。而温度探头通常是宏观体，热容量很大，在小尺度测温区域内该一维纳米材料释放的热量对探头温度的改变是微乎其微的。这样，传统的测温方法不仅无法测量一维纳米材料的温度，而且会严重影响一维纳米材料的热学状态。另外，由于一维纳米材料的尺寸很小导致被测物各点的温差无法准确测量，从而导致与温差相关的热导率的测量都无法进行。同理一维纳米材料，一维微米材料的热导率测量也存在同样的问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种一维材料热导率的测量系统及其测量方法，其可测量被测物为一维纳米材料或一维微米材料的热导率。

本发明涉及一维材料热导率测量系统，用于测量一被测物的热导率，其包括一被测物放置装置，一几何尺寸获取模块，一拉曼光谱特征峰频值获取模块，一热功率获取模块，一比较模块，一计算模块。所述被测物放置装置至少包括间隔设置的四个电极，被测物设置于该四个电极的表面，且被测物位于中间两个电极的部分悬空设置。所述拉曼光谱特征峰频值获取模块，用于获取被测物在电流作用下自加热并达到热平衡后其悬空部分中心点拉曼光谱的特征峰频值作为初始值以及被测物悬空部分任一端点的拉曼光谱的特征峰频值。所述热功率获取模块用于获取沿被测物悬空部分轴向传导的热功率。所述几何尺寸获取模块用于获取所需的被测物的几何尺寸。所述比较模块用于比较被测物悬空部分中心点与任一端点的拉曼光谱的特征峰频值之差以获取所述被测物悬空部分中心点和任一端点的温差。所述计算模块用于根据被测物悬空部分中心点与任一端点之温差、几何尺寸及热功率计算所述被测物的热导率。

一种一维材料热导率测量方法，其包括以下步骤：提供一被测物放置装置，该被测物放置装置至少包括间隔设置的四个电极；获取所需的被测物的几何尺寸；将被测物放置于被测物放置装置的四个电极的表面，被测物位于中间两个电极的部分悬空设置，通过外侧的两个电极给被测物通入恒定电流，被测物在电流的作用下自加热，并在一段时间后达到热平衡；获取被测物悬空部分中心点拉曼光谱的特征峰频值作为初始值以及被测物悬空部分任一端点拉曼光谱的特征峰频值，并比较被测物悬空部分中心点与任一端点拉曼光谱的特征峰频值之差；获取沿被测物悬空部分轴向传导的热功率；利用所述被测物悬空部分中心点与任一端点拉曼光谱的特征峰频值之差获取所述被测物悬空部分中心点和任一端点的温差；根据被测物悬空部分中心点与任一端点之温差、几何尺寸及热功率计算所述被测物的热导率。

与现有技术相比较，本发明提供的热导率测量系统和测量方法利用非接触的光谱测量方法可以避免具有较大热容量的物体与一维材料接触，使一维材料的温度保持稳定，进而使测量结果更加准确。

附图说明

图1是本发明实施例提供的热导率测量系统的功能模块组成示意图。

图2是本发明实施例提供的热导率测量系统中被测物放置装置的结构示意图。

图3是本发明实施例提供的被测物悬空部分的中心点和任一端点的拉曼光谱图。

图4是本发明实施例提供的一维材料热导率测量方法的流程图。

图5是本发明实施例制备碳纳米管作为被测物的方法流程图。

图6是本发明实施例提供的测量被测物悬空部分中心点和任一端点的拉曼光谱的特征峰频值的方法的流程图。

图7是本发明实施例提供的利用拉曼光谱测量被测物悬空部分的中心点和任一端点温度差ΔT的方法的流程图。