[实用新型]一种低维材料热传导性质原位测量装置

说明书

本实用新型涉及一种低维材料热传导性质原位测量装置，包括：设置于扫描电子显微镜真空腔内的原位热导测量平台，测量平台上固定有微型测量盒，微型测量盒外侧连接电学转接头，扫描电子显微镜上安装真空电学转接头，该真空电学转接头经导线与电学转接头连接从而实现数据采集功能。与现有技术相比，本实用新型能够实现对低维材料热传导性质测量过程的实时观测，并可用于研究电子束轰击、等离子轰击或气体吸附对低维材料热传导性质的影响。

技术领域

本实用新型涉及实验仪器设计领域，尤其是涉及一种低维材料热传导性质原位测量装置。

背景技术

热传导性质是材料最基础的物理性质之一。从人类学会使用火开始，人类的发展始终伴随着对于热的使用与调控。但迄今为止，对于热流的调控，人类社会还不能做到类似于电流般的精准。据统计，全世界所消耗的能源中至少百分之五十的能量不能被有效利用，其中绝大多数的能量是以热能的形式被浪费。因此，对于热能有效调控的研究具有很深的现实意义。热传导性质的精确测量是热能调控的基础。

迄今为止，半导体集成电路领域，仍遵循着摩尔定律。但是随着集成电路进入十纳米阶段，摩尔定律面临着巨大的挑战，其中最关键的问题之一就是散热。集成电路的尺寸逐渐减小，导致电路所产生的热量密度急剧增大。如果不能及时把这些热量输送到环境中，将会导致集成电路工作效率的降低甚至是损毁。怎样解决微纳尺度下材料的散热问题是摆在全世界科学家面前的共同难题。

声子作为半导体中热能的主要载体，是一种微观尺度的准粒子。在块体材料中，热能的传递是大量声子的集体行为，并且材料的尺度远大于声子的平均自由程，此时声子的输运形式表现为扩散，因此材料的热传导性质与尺寸和形貌无关。但是当材料的尺寸接近甚至小于声子的平均自由程时，声子的输运形式不再是单纯的扩散，还会出现弹道输运的情况，此时材料的热传导性质是否还类似于块体材料，与材料的尺寸和形貌无关呢？

随着石墨烯(二维材料)、碳纳米管(一维材料)等低维材料的研究不断深入，低维材料在半导体集成电路、新型绿色能源等领域表现出优异的性能，并凸显出一些不同于传统块体材料的特异性质。在某个维度上，低维材料的尺寸能达到纳米级别，小于声子的平均自由程。大量的研究结果表明，低维材料的热传导性质与块体材料大相径庭，表现出明显的尺寸和形貌依赖关系。对于微纳尺度下的热调控，精确测量材料的热传导性质是基石。因此低维材料热传导性质的准确测量显得至关重要。

现有的低维材料热性能测量方法包括3ω法、热桥法、热扫描探针法、时域热反射法(TDTR)等，其中以3ω法、热桥法和TDTR法应用最为广泛。基于3ω法和 TDTR法的现有测量仪器的主要构造包含真空部件、控温部件、热测量部件。这类仪器的缺陷主要包括一下三点：首先，这类仪器无法测量悬空的低维材料，但是衬底对于低维材料的热传导性质影响非常大，因而这类仪器很难准确测量出悬空材料的真实热导率；其次，对于低维材料而言，尺寸、形貌、结构的变化会直接影响测量结果的准确性。但在测量过程中，这类仪器不能做到实时观测材料形貌特征；最后，这类仪器主要用于研究不同环境温度下材料的热传导性质的变化，功能较为单一。除了温度以外，其他外部环境(例如电子束轰击、等离子轰击、气体吸附)的变化同样会引起材料热传导性质的变化，现有仪器还不能满足这方面的研究测量。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低维材料热传导性质原位测量装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种低维材料热传导性质原位测量装置，包括：

设置在扫描电子显微镜真空腔内的原位测量平台，

所述测量平台上固定有微型测量盒，所述微型测量盒外侧连接电学转接头，

所述扫描电子显微镜上安装真空电学转接头，该真空电学转接头经导线与电学转接头连接。

所述测量平台与所述扫描电子显微镜的可移动底座连接。