[发明专利]一维材料接触热阻的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种一维材料接触热阻的测量方法。

背景技术

接触热阻是指第一固体与第二固体的表面相互接触时，由于接触面的几何形貌不一致，热流从界面的一侧向另一侧运输时，在接触点处将会引起热流收缩。第一固体与第二固体于接触点的接触热阻的计算满足以下关系式：

式中，为第一固体与第二固体于接触点的接触热阻，为第一固体与第二固体分别靠近接触点处之间的温度差，为由第一固体经由接触点流向第二固体的热流的密度。

接触热阻是反应材料热学性质的重要参数。在工程散热等应用领域，材料相互重叠或交叉，其实际的导热性能远低于其理论的导热性能，因此，准确测量各种材料的交叉结的接触热阻不论是对于理解材料本身的导热性能还是对于实际应用都具有重要意义。

当需要测量接触热阻的被测物为纳米级的一维材料时，如纳米丝、单根碳纳米管、碳纳米管束及碳纳米管线等，其接触热阻的测量一直比较困难。因为在接触热阻测量中，需要得到被测物靠近接触点处的温度。但是对于纳米级的一维材料，由于它们横截面的特征宽度在100纳米以内，需要对被测物测温的区域在微米量级（1~23微米），传统的测温工具不具有如此精确的测量分辨率，因此用传统的测温工具难以测量纳米级的一维材料分别靠近接触点处的温度，即使测到了，也很不精确。

物质的热容量正比于其质量。通常，纳米级的一维材料在小尺度测温区域内的质量很小，因此纳米级的一维材料在该区域的热容量也很小。如果用接触式的测温方法，当温度计的温度探头与该纳米级的一维材料接触时，该纳米级的一维材料的局域温度就会被迅速的改变，直到与温度探测装置接触部分的温度相同。而温度探头通常是宏观体，热容量很大，在小尺度测温区域内该纳米级的一维材料释放的热流对探头温度的改变是微乎其微的。这样，传统的测温方法不仅无法测量纳米级的一维材料的温度，而且会严重影响纳米级的一维材料的热学状态。另外，由于纳米级的一维材料的尺寸很小导致被测物各点的温差无法准确测量，从而导致与温差相关的接触热阻的测量都无法进行。同理，微米级的一维材料的接触热阻测量也存在同样的问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种能够精确测量到一维纳米级材料或一维微米级材料等小尺寸的一维材料的接触热阻的测量方法。

一种一维材料接触热阻的测量方法，其包括以下步骤： (1) 提供一由第一被测物与第二被测物交叉且接触形成的交叉结，该交叉结悬空设置，该第一被测物与该第二被测物为相同的一维材料，该一维材料的热导率为，该一维材料的拉曼光谱的特征峰频值随温度变化的函数关系为，所述a，b均为常数；(2) 对第一被测物的除交叉结之外的某个点进行加热，使第一被测物和第二被测物上的各点在一段时间后达到热平衡；(3)以该交叉结的位置O点为基准，以为单位间距，在达到热平衡后的第一被测物上依次选取A点与B点，并在达到热平衡后的第二被测物上依次选取C点与D点，测量获得A点与C点之间的拉曼光谱的特征峰频值之差、B点与A点之间的拉曼光谱的特征峰频值之差、以及C点与D点之间的拉曼光谱的特征峰频值之差；(4)根据步骤(3) 得到的、、，和步骤(1)中的该一维材料的拉曼光谱的特征峰频值随温度变化的函数关系计算获得A点与C点之间的温度差、B点与A点之间的温度差、以及C点与D点之间的温度差；(5)根据步骤(4) 得到的、以及计算获得所述第一被测物靠近交叉结1处与第二被测物靠近交叉结处的温度差，其中，;(6)根据步骤(1)得到的该一维材料的热导率和单位间距、以及步骤(4)得到的所述第二被测物的C点与D点之间的温度差计算从第一被测物经过交叉结流向第二被测物的热流的密度，其中，；(7)根据步骤(5)得到的所述第一被测物及第二被测物靠近交叉结处的温度差、以及步骤(6)得到的从所述第一被测物经过交叉结流向第二被测物的热流的密度计算获得该一维材料的接触热阻，其中，。