[发明专利]一种测量单个纳米颗粒对流换热系数和比热容的方法及系统

摘要

本发明公开了一种测量单个纳米颗粒对流换热系数和比热容的方法，将单个纳米颗粒放置在基底上，使用镀铂的探针作为加热器和温度探测器，探针接触纳米颗粒，通过稳态方法测量抽真空前后探针在同一温度下不同的发热量，即可通过比较求得纳米颗粒的对流换热系数；通过针尖增强拉曼散射方法，使用激光加热纳米颗粒，可获得纳米颗粒温度随时间变化曲线，结合稳态方法测定的对流换热系数，即可测定纳米颗粒的比热容和激光吸收率，本发明具有测量精度高、样本安装简单、应用范围广等优点，为单个纳米颗粒热物性的测量提供了新的思路。

主权项

1.一种测量单个纳米颗粒对流换热系数和比热容的方法，其特征在于，首先测定单个纳米颗粒的自然对流换热系数h：将单个纳米颗粒置于基底上，使用镀铂探针作为加热器进行加热，环境温度为T0，在镀铂探针上通入直流电I，达到稳态后测量镀铂探针上的电压U’和电流I’，通过改变通入直流电I的大小，获得镀铂探针电阻R＝U’/I’随功率P＝U’I’变化的曲线；电阻R反映了镀铂探针的温升，功率P反映了镀铂探针与外界环境总的热交换量；分别测定自然对流和真空环境下，镀铂探针与纳米颗粒接触或不接触情况下电阻R随P变化的曲线，选定电阻RA，其对应自然对流、接触纳米颗粒曲线功率为P1，对应自然对流、不接触纳米颗粒曲线功率为P2，对应真空环境、接触纳米颗粒曲线功率为P3，对应真空环境、不接触纳米颗粒曲线功率为P4；求得纳米颗粒自然对流换热量ΔQ＝P1－P2－P3+P4，温升为ΔTA＝(RA－RT0)/(βRT0)，其中，RT0为环境温度对应的镀铂探针电阻，β为铂电阻温度系数；再根据公式h＝ΔQ/(AΔTA)求得单个纳米颗粒的对流换热系数h，其中，A为纳米颗粒表面积；其次，在自然对流环境下，通过针尖增强拉曼闪光法测量纳米颗粒的比热容cp，利用激光器发射激光，作为加热光和探测光，加热纳米颗粒并测量纳米颗粒温度，通过镀铂探针，增强拉曼光谱分辨率，得到照射在纳米颗粒上激光功率为P0时，纳米颗粒温升ΔT随时间t变化曲线，当t趋于无穷时，纳米颗粒温升为ΔT∞，通过公式－ln(1－ΔT/ΔT∞)＝(ΔQ1/ΔTAρcpV)t测定纳米颗粒比热容cp，其中，ρ为纳米颗粒的密度，V为纳米颗粒体积，ΔQ1＝P1－P2。