[发明专利]快速测量薄膜材料的热导率的装置和方法

权利要求书

1.一种快速测量薄膜材料的热导率的装置，其特征在于，所述装置包括控制设备、时钟同步器、激光器、快速测温仪以及热导率输出设备；

所述控制设备和所述时钟同步器信号连接，所述时钟同步器同时与所述激光器和所述快速测温仪信号连接；

在工作状态下，所述控制设备向所述时钟同步器发送启动信号，所述激光器和所述快速测温仪协调联动，所述激光器发出激光照射到样品表面，形成光斑，其中，所述样品包括薄膜和基底，所述薄膜覆盖于所述基底的表面，所述激光照射到所述薄膜上，与此同时，由于不同材料的热导率不同，所以热量在光斑的径向传播的造成的温度分布的梯度就不一样，通过所述快速测温仪捕捉在所述样品加热过程中不同时间点，同一指定位置的所述样品的表面温度来测量光斑边缘温度的温度变化，将测得的数据输入所述热导率输出设备，得到所需热导率参数；

所述热导率输出设备配置为：

a)基于来自所述快速测温仪测得的数据，获得一组所述样品在被加热过程中不同时间点，同一指定位置的所述样品的表面温度值T(τ_i)，其中，τ_i为第i个时间点，且1≤i；

b)假定一个对应时间点τ_i的热导率，并通过下面的热传导公式计算所述样品的表面温度值θ(τ_i)：

其中，λ是薄膜的热导率，r是柱坐标系下热传递方向的坐标，ρ是薄膜的密度，c是薄膜的比热容，E激光的热流密度，光斑以外的区域E的数值为零；

c)比较T(τ_i)和θ(τ_i)，并判断是否|T(τ_i)-θ(τ_i)|＜2；

d)若|T(τ_i)-θ(τ_i)|＜2成立，保存θ(τ_i)对应的热导率，并进行下一个时间点的计算；

e)若|T(τ_i)-0(τ_i)|＜2不成立，重新假定对应时间点τ_i的热导率，重复步骤b)和步骤c)，直到|T(τ_i)-θ(τ_i)|＜2成立，保存该θ(τ_i)对应的热导率，并进行下一个时间点的计算；

f)当i个时间点全部计算完成后，对计算得到的所有热导率进行均方根平均，最终得到所述薄膜的平均热导率。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述快速测温仪和所述热导率输出设备信号连接，所述热导率输出设备自动读取所述快速测温仪测得的数据。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述快速测温仪直接将测得的数据发送至所述热导率输出设备。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，通过操作者手动将所述快速测温仪测得的数据输入到所述热导率输出设备。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热导率输出设备包括显示器，所述显示器用于显示热导率值。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制设备为计算机。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热导率输出设备为计算机。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制设备和所述热导率输出设备为同一台计算机。

9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述快速测温仪为线探快速测温仪。

10.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述热导率输出设备具有存储构件，所述存储构件用于存储所述快速测温仪测得的数据和热导率值。