[发明专利]一维材料的轴向热导率的测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其是涉及一种一维材料的轴向热导率的测定方法。

背景技术

一维材料，尤其是一维纳米材料，是一种在两个几何维度上尺寸极小而在另一个几何维度上尺寸接近或达到宏观水平的材料。这种材料具有一些宏观材料所不具备的特殊的优良介观性能，如对结构高度敏感的优异电学性能、优于宏观材料的热学、光学性能等。因此，这种材料具有广阔的应用前景。

然而由于其极小的尺寸，表征其形貌只能借助于扫描电子显微镜甚至透射电子显微镜等昂贵设备，且步骤繁琐，对样品制作过程和样品性质要求很高。在应用或者表征时有效的操控也同样是十分困难的。所以就亟需一种使得一维材料在光学显微镜下可见化的方法。目前虽然已有一些一维材料可见化方法被报道，但目前所存在的方法操作复杂且不可逆，容易导致一维材料丧失本身特有的优异性能。

一维材料本身的物理性能的准确测定对于这种材料的应用是必不可少的。而这种材料的热学、光学等物理性能的测定一直比较困难。比如在热学中热导率的测量，需要得到被测物质在特定位置的准确温度，或者某一个截面通过的热功率值。另外，对于横截面积极小的一维材料，还需要定位精度要能精确到至少微米级别，用传统的红外测温仪很难实现如此小的探测精度和空间精度。另一方面，一维材料本身极小的尺寸导致其热容量极小。使用传统的接触式测温方法时，当宏观尺度温度探针接触材料的时候也就导致材料本身的温度产生了巨大的变化，严重影响一维材料的热学状态，阻碍热学性质的测量。另外宏观的物体触碰一维材料也容易导致一维材料发生破损，破坏被测一维材料的物理性能，并且测量过程操作难度也很大。所以对于一维材料热学性能的测定亟需一种非接触式的、空间精度准确的方法。

另外，一维材料较小的尺寸也导致所测的热学信号都是微弱的，这对于测量仪器要求较高，对测量用器件的设计和制备过程的要求也十分苛刻，所以如果有一种材料的热学信号可以自己表现出来，而用另一种方法简单探测这种自己表现出来的热敏感的反应，会在实验上大有裨益。

在光学性能测定方面，由于一维材料极小的尺寸导致与光相互作用区域很小，所以吸收截面、散射截面很小，根据已有的实验设备要准确探知一维材料的光学信号过程复杂且所需设备昂贵。而一维材料本身的光致热现象是一种材料与光相互作用后自发产生的响应信号，且这种热响应随着光强度和偏振的改变而改变，既可以降低测定过程中对于聚焦情况、光强波动等实验因素的要求，还能反应材料本身对于光的不同的响应特征。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种一维材料的轴向热导率的测定方法，该方法利用一维材料的可见化方法(或称为包裹方法)，巧妙运用光热效果，利用易挥发物质的消失边缘作为温度指示坐标，从而测算一维材料轴向热导率，该操作简单，精度高。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种一维材料的轴向热导率的测定方法，包括步骤：

在一维材料上形成一包裹段和与包裹段邻接的一裸露段；其中，在包裹段处，一维材料被不同于一维材料的包裹材料包裹；在裸露段处，一维材料暴露于周围环境中；加热一维材料直至使其达到热稳定平衡状态；获得一维材料上的第一和第二参考点处的位置和在热稳定平衡状态下的温度；其中，第一参考点为包裹段与裸露段的邻接处的邻接点；第二参考点选自裸露段不同于邻接点的另一参考点；根据第一和第二参考点处的位置和温度并基于预先建立的热导率与第一和第二参考点处的位置和温度的计算关系来计算以获得热导率。

进一步地，计算关系通过将裸露段和包裹段各自对应的一维稳态热扩散方程进行关联来建立。

进一步地，根据一维材料在邻接点处的温度的可微性来关联裸露段和包裹段的一维稳态热扩散方程。

进一步地，第一和第二参考点的位置和温度作为裸露段的一维稳态热扩散方程的两个边界条件；第一参考点的位置和温度作为包裹段的一维稳态热扩散方程的两个边界条件中的一个。

进一步地，包裹段的一维稳态热扩散方程的两个边界条件中的另一个基于一维材料在无穷远处的温度为周围环境的温度来设定。

进一步地，计算关系为：