[发明专利]一种动态测量薄膜热物理参数的装置和方法

权利要求书

1.一种动态测量薄膜热物理参数的装置，其特征在于，本装置主体包括有：热源、热波信号源、一维热导体（11）、数据采集装置和处理装置、隔热材料和散热片；所述热源由热电模块（10）和直流电源（15）组成，为所述一维热导体（11）产生一个线性的温度梯度；所述热波信号源由热电模块（13）、功率放大器（18）和信号发生器（19）组成，所述信号发生器（19）产生低频交流信号，经过所述功率放大器（18）放大之后输入所述热电模块（13）产生交变的热波信号；所述一维热导体（11）由两根完全相同的圆柱体棒组成，待测样品（12）夹于两根所述一维热导体（11）之间；所述隔热材料（20）将所述一维热导体（11）和所述待测样品（12）整体包裹，尽量减小导体棒与外界的热交换；两根所述一维热导体（11）与所述待测样品（12）不接触的两端分别连接所述热电模块（10）和热电模块（13），所述热电模块（10）另一端连接所述散热片（9），所述热电模块（13）另一端连接所述散热片（14）；所述热电模块（13）产生交变的热波信号自下而上的沿着一根所述一维热导体（11）传播，穿透所述待测样品（12）之后，再进入另一根所述一维热导体（11）；所述数据采集装置和处理装置包括测温线（1-8）、数据记录仪器（16）和电脑（17），所述测温线连接在一维热导体（11）的测温点上，实时测量所述一维热导体（11）轴线上的温度，记录在所述一维热导体（11）中传播的热波曲线，通过计算得到所述待测样品（12）的热扩散系数。

2.根据权利要求1所述的一种动态测量薄膜热物理参数的装置，其特征在于，所述隔热材料（20）的热导系数小于0.5 W/mK，包括多孔材料、热反射材料、多层复合材料、真空材料等。

3.根据权利要求1所述的一种动态测量薄膜热物理参数的装置，其特征在于，所述热波信号源的所述信号发生器（19）的低频交流信号为电流或电压信号，其波形为正弦、余弦或脉冲等任意波形。

4.根据权利要求1所述的一种动态测量薄膜热物理参数的装置，其特征在于，所述一维热导体（11）可以是金属、半导体、聚合物等材料以传递热波，所述一维热导体（11）的圆柱体棒长度范围为1 cm至10 cm，横截面直径范围为0.1 cm 至5 cm。

5.根据权利要求1所述的一种动态测量薄膜热物理参数的装置，其特征在于，所述测温线（1-8）可以是S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶之一。

6.根据权利要求1所述的一种动态测量薄膜热物理参数的装置，其特征在于，所述一维热导体（11）上的测温点的数量至少为2个。

7.一种动态测量薄膜热物理参数的方法，使用如权利要求1所述的动态测量薄膜热物理参数的装置，其特征在于，本方法具体实施步骤为：

1）制备若干个不同厚度的所述待测样品（12），裁剪成与所述一维热导体（11）的圆柱体棒横截面相同的形状；

2）把所述待测样品（12）放入两根所述一维热导体（11）的圆柱体棒之间，对准所述待测样品（12）的圆心和两根圆柱体棒轴心，使其在同一竖直线；

3）在所述一维热导体（11）的圆柱体棒和所述待测样品（12）的侧面包裹一层所述隔热材料（20）；

4）通过调节所述信号发生器（19）输出信号的频率和幅度，调节输入热波信号的频率和幅度，使热波信号的频率在1mHz至50mHz的范围之内，幅度的峰值在15摄氏度之内；

5）调节所述直流电源（15）的电压，使顶部的所述热电模块（10）输出的温度与所述一维热导体（11）底部的温度相差50摄氏度以内；

6）打开所述数据采集装置和处理装置进行数据采集，记录所述测温线（1-8）测得的温度曲线，并对采集的数据进行处理；

7）对不同厚度的所述待测样品（12）分别进行2）至6）步骤的测量，计算得到不同样品薄膜的热导系数和热扩散系数。

8.根据权利要求7所述的一种动态测量薄膜热物理参数的方法，其特征在于，对整个所述一维热导体（11）同时施加温度梯度和温度脉冲。