[发明专利]低功率激光测试材料室温热导率获取方法、设备及介质

说明书

本发明公开了低功率激光测试材料室温热导率获取方法、设备及介质，该方法包括：S1：确定传热模型的参数范围；S2：确定用于模型学习的训练集样本数量，从参数范围中进行抽样，获得与训练集样本数量相同的参数组合；S3：将参数组合作为有限元方法的输入，模拟大气环境下低功率激光加热样品的传热过程，获得低功率激光加热样品冷端表面的平均温度‑时间曲线；S4：将平均温度‑时间曲线和对应的参数组合构建训练数据集；S5：通过训练数据集构建神经网络预测模型；S6：采集低功率激光加热样品的温度‑时间曲线；S7：将低功率激光加热样品的温度‑时间曲线输入神经网络预测模型，根据数值优化方法反向计算得到低功率激光加热样品的热导率。

技术领域

本发明属于热传导技术领域，尤其涉及低功率激光测试材料室温热导率获取方法、设备及介质。

背景技术

材料基因工程已被广泛应用于材料的快速研发。它的主要措施包括高通量计算，高通量实验以及数据库构建等，其中高通量实验又包括高通量制备与表征。热导率是材料的一个重要性能，实现其快速表征对于热学相关材料的研究有着重要意义。

激光闪光法是目前测量材料热导率的主要方法之一，其主要原理是在一定温度下，采用一束激光脉冲照射测试材料的一端表面，再通过温度探测器获得材料另一端表面的温升曲线，再根据相应的模型计算材料热导率。目前基于该方法的激光导热仪都采用高功率激光，并配备了可以实现特定温度的真空腔，设备价格昂贵，在设备上进行相应地改造，例如实现热导率高通量测量，会比较困难。若在大气环境下采用低功率激光加热可以实现材料热导率的准确测量，在此基础上搭建热导率高通量表征平台就变得更为可行，成本也会降低。

但是，要基于低功率激光加热实现材料热导率准确测量比较困难。采用高功率激光测量热导率只需要极短的照射时间(10^-3s)就能实现材料明显的温升并完成热导率的测试，这使得许多传热因素(对流与辐射)的影响可以被缩小，甚至被忽略，从而实现不同温度下的热导率测量。而采用低功率激光加热需要较长的时间才能实现测试材料表面明显的温升(1～10s)，在如此长时间的热传导过程中，对流与辐射等因素不能被忽略，尤其在高温下，辐射的影响会非常大。但实际过程中，对流与辐射的影响又难以定量。

室温下辐射对材料传热的影响不明显，只要能准确分析对流的影响，就可以基于低功率激光加热实现材料室温热导率的准确测量。基于低功率激光加热的热导率测量设备最重要的就是建立合适的传热模型。传热模型的建立需要考虑对流系数、加热功率、加热时间、样品尺寸、样品性质等诸多因素。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了低功率激光测试材料室温热导率获取方法、设备及介质,本发明可实现在大气环境下使用低功率激光就能快速准确地获得材料室温热导率。不再依赖成本高昂的高功率激光光源与严苛的真空环境，在大气环境中使用低功率激光就能快速准确地获得材料室温热导率，一定程度上降低与缩短了材料热导率测试的成本与时间，为材料的热导率高通量表征与材料快速筛选提供了基础与可行性。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

低功率激光测试材料室温热导率获取方法，包括：

S1：确定传热模型的参数范围；

S2：确定用于模型学习的训练集样本数量，从参数范围中进行抽样，获得与训练集样本数量相同的参数组合；

S3：将参数组合作为有限元方法的输入，模拟大气环境下低功率激光加热样品的传热过程，获得低功率激光加热样品冷端表面的平均温度-时间曲线；

S4：将平均温度-时间曲线和对应的参数组合构建训练数据集；

S5：通过训练数据集构建神经网络预测模型；

S6：采集低功率激光加热样品的温度-时间曲线；