تقنية الانعكاس الحراري في مجال التردد لقياسات الخصائص الحرارية

Alesanmi R. Odufisan; Benjamin Stern; Ryohei Nagahiro; Rosemary Wynnychenko; Sevan Chanakian; Junichiro Shiomi; Eleonora Isotta; Oluwaseyi Balogun

doi:10.3791/68908

يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية

مقالة منهجية

تقنية الانعكاس الحراري في مجال التردد لقياسات الخصائص الحرارية

2.2K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/68908

⸱

ديسمبر 5, 2025

Alesanmi R. Odufisan¹ , Benjamin Stern² , Ryohei Nagahiro³ , Rosemary Wynnychenko²^,⁴ , Sevan Chanakian⁵ , Junichiro Shiomi³^,⁶ , Eleonora Isotta⁷ , Oluwaseyi Balogun²

¹Department of Theoretical and Applied Mechanics, Northwestern University, ²Department of Mechanical Engineering, Northwestern University, ³Institute of Engineering Innovation, The University of Tokyo, ⁴Department of Physics, Wellsley College, ⁵Department of Chemical Engineering and Materials Science, Michigan State University, ⁶Department of Mechanical Engineering, The University of Tokyo, ⁷Department of Materials Science and Engineering, Northwestern University

في هذه المقالة

ملخص

تقدم هذه المقالة تقنية الانعكاس الحراري في مجال التردد (FDTR) لتوصيف وتصوير الحرارة غير التدميرية المحلية.

الملخص

تقنية الانعكاس الحراري في مجال التردد (FDTR) هي طريقة غير مدمرة لتوصيف الحرارة والتصوير باستخدام دقة مكانية على نطاق دقيق جدا. تعتمد التقنية على ليزر مضخة لتوليد تغير درجة حرارة معدل في العينة، وعلى ليزر مسبار لمراقبة الاستجابة الحرارية المحلية للعينة. يتم تحديد الخصائص الحرارية للعينة عن طريق تركيب نموذج حراري على استجابة العينة للانعكاس الحراري. تقدم هذه المقالة بروتوكولات مفصلة لتنفيذ التقنية وإجراء قياسات محلية لموصلية الحرارة المحلية للركيزة. يخصص اهتمام خاص لمناقشة كيفية تأثير القياس على معلمات مصدر الليزر، ومصادر الخطأ في قياس FDTR، وقياس عدم اليقين في القياس. وأخيرا، نناقش تجربة تصوير التوصيل الحراري التي أجريت بالقرب من واجهة رأسية واحدة بين ركائز سيليكون ذات بلورة واحدة مرتبطة بتنشيط سطحي. يتم تقليل التوصيل الحراري عند الواجهة بنسبة 3٪ مقارنة بالقيمة الكلية في البلورات المفردة المجاورة. قد تسهل القدرة على فحص خصائص الحرارة التفاعلية مع تقنية FDTR دراسات محلية لتدفق الحرارة حول حدود الحبيبات الفردية، خاصة في المواد الحرارية الكهربائية، حيث يمكن ضبطها لتحسين أداء الأجهزة الحرارية.

المقدمة

تعد أدوات القياس الحراري وتوصيف حاسمة لتصميم وتحسين المواد المتقدمة المستخدمة، على سبيل المثال، في المولدات الحرارية الكهربائية وتطبيقات التبريد ^1,2. المواد ذات التوصيل الحراري المنخفض والموصلية الكهربائية العالية تفضل عموما في هذه التطبيقات للحفاظ على تدرج درجة حرارة كبير بين الوصلات الساخنة والباردة ولتحقيق تحويل طاقة حرارية إلى كهربائية بكفاءة. تحقيق هذه الخصائص المتباينة في المواد البلورية السائبة أمر صعب. ومع ذلك، فإن هندسة الهياكل الدقيقة من خلال إدخال عيوب نقطية وعيوب الواجهة (مثل حدود الحبيبات) هي اتجاه واعد لتصميم مواد حرارية كهربائية عالية الأداء¹