[发明专利]瞬态荧光测量材料热扩散率的方法及装置

权利要求书

1.一种瞬态荧光测量材料热扩散率的方法，其特征在于：包括如下步骤：一、利用调制脉冲激光作为样品的加热光源和荧光信号的激发光源，对样品表面进行照射；二、采集样品受激发后反馈出的荧光信号，将信号强度与样品的荧光强度—温度曲线比对，得到样品温度信息；三、多次改变脉冲激光的脉冲宽度，得到不同瞬态加热周期下样品的瞬态温升；四、根据待测样品的导热模型温度场分析解，将样品的瞬态温升与最大温升做比值，消去表达式中激光的加热功率和材料的热导率，得到以材料热扩散率α为未知系数的方程式，通过若干组数据带入，拟合得到材料的热扩散率。

2.如权利要求1所述的一种瞬态荧光测量材料热扩散率的方法，其特征在于：所述的调制脉冲激光是利用信号发生器数字调制半导体激光器产生的激光，其激光波形为矩形，利用信号发生器调制激光时，通过改变脉冲激光的占空比和频率改变矩形脉冲激光的开启和关闭时间与间隔，以获取不同的样品加热效果。

3.如权利要求1所述的一种瞬态荧光测量材料热扩散率的方法，其特征在于：所述的荧光强度—温度曲线为让样品在不同的环境温度下达到热稳定后，测得不同温度下样品的荧光峰值强度，根据若干组测量数据拟合出的样品的荧光强度—温度曲线，在瞬态试验中，利用该曲线，将测得的荧光强度转化为样品的温度信息。

4.如权利要求1所述的一种瞬态荧光测量材料热扩散率的方法，其特征在于：所述的导热模型为真空环境下样品一侧表面受瞬态激光加热，形成的半无限大物体导热模型，该导热模型温度场的分析解表达式如下：

式中T(x,t)为t时刻样品内距加热表面距离为x处的温度，T₀为室温，q₀为激光加热功率，α为材料热扩散率，λ为材料热导率，x为距加热表面的距离；

将瞬态温升与最大温升做比值得到温升系数θ，表达式如下：

式中T₁＝T(x,t₁)－T₀，为最大加热时间t₁下的温升，将(1)式代入(2)中做比值，消去λ与q₀，得到带有未知参数α的温升系数θ随加热时间t的变化关系式，将实验所得的若干组θ、t数据代入该关系式，通过最小二乘拟合，得到参数α，即得到材料热扩散率。

5.一种瞬态荧光测量材料热扩散率的装置，其特征在于：包括半导体脉冲激光器、真空样品室、荧光光谱仪和数据收集计算机，所述的半导体脉冲激光器位于真空样品室上方，激光器与真空样品室之间自下而上设有聚焦镜片和分光镜，真空样品室与荧光光谱仪之间通过分光镜传递样品受激发后反馈的荧光信号，荧光光谱仪通过数据线与数据收集计算机连接；

所述的半导体脉冲激光器包括半导体激光器和脉冲信号发生器，半导体激光器位于真空样品室的正上方，脉冲信号发生器通过数据线与半导体激光器连接，由激光器射出的激光垂直照射到真空样品室内的样品表面；

所述的真空样品室包括带有可拆卸玻璃上盖的真空腔、设置于真空腔内的样品台、连接于真空腔侧壁的真空泵和真空计，所述的真空泵通过抽气管路与真空腔侧壁上的真空抽气孔连接，所述的真空计通过与真空腔内相通的管路与真空腔连接；

所述的样品台为铜块，置于真空腔内部，用于承载待测样品，并作为热沉防止样品在加热过程中热量累积；

所述的聚焦镜片水平放置于真空腔正上方，所述的分光镜位于聚焦镜片上方呈45°倾斜，荧光光谱仪水平放置在分光镜一侧。