3-Omega方法测量微纳材料热物性

摘要

微纳尺度材料的应用越来越广泛，但是由于尺寸等方面的限制，不能再使用传统的测量宏观物体热物性的方法测量其热物性，因此我们搭建了可用于微纳米尺度样品热物性研究的3-Omega测试平台，并测量了一些广泛应用的纳米材料。
　　首先，根据3-Omega方法的基本原理，分析了待测样品的热物性与金属加热膜两端电压信号之间的联系，并搭建了3-Omega方法测试平台，设计了可用于测量固体和流体材料测量的探测器。
　　其次，测量了国家标准物质的导热系数来验证实验平台的准确性。首先测量了硅的热导率为113W/m-K，与文献中的值比偏小，这是由于我们的样品不是纯硅，含有杂质。因此我们测量Pyrex7740样品，该物质在国际上经常用于验证热物性实验的准确性。得到其导热系数为1.31W/m-K，与文献中1.26W/m-K相差很小，因此可以有效说明我们实验平台的准确性。
　　然后，设计了新的探测器，进行流体样品的测试。我们先测量了标准样品乙二醇，得到的测量值与文献值在常温下仅相差1％，因此我们的实验平台也可以准确的应用在流体的测试中。紧接着测量了用于机械上的含有纳米颗粒润滑油的热导率，其热导率相比于原油提高近12~16%，对于提高机械部件的散热性能有重要作用；还测量了用于太阳能海水淡化的石墨纳米流体热导率，其热导率相比于纯水增大了近13%，对于海水淡化过程中，提高淡水的产量有着重要作用。
　　最后，进行了水凝胶导热系数的实验测量。其在医学和工业领域有着广泛的应用，因此在实际应用时就要涉及到散热方面的问题，我们对其进行了热导率的实验研究，填补了水凝胶在热学方面研究的空白，并且发现水凝胶的热导率与其交联程度有关系；交联程度越大，热导率越高，交联程度越低，热导率也越低。另外水凝胶热导率与温度也有一定的关系，随着温度的升高，水凝胶的热导率也随之升高。

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1绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究概况

1.3论文的主要研究内容

2 3-OMEGA基本原理及测试平台的搭建

2.1 3-omega方法基本原理

2.2探测器的设计与制备

2.3测试平台的搭建

2.4本章小结

3固体材料热物性的实验研究

3.1体硅的热导率测量

3.2本章小结

4流体材料热物性的实验研究

4.1乙二醇的热物性测量

4.2蒸馏水的热物性测量

4.3机械用润滑油纳米流体热物性测量

4.4石墨纳米流体的热物性测量

4.5本章小结

5水凝胶热物性的实验研究

5.1样品的制备

5.2实验方法

5.3实验结果与分析

5.4本章小结

6总结与展望

6.1全文总结

6.2课题展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的主要论文