Summary
TET (क्षणिक विद्युत थर्मल) तकनीक ठोस सामग्री का थर्मल diffusivity मापने के लिए विकसित एक प्रभावी तरीका है.
Abstract
TET (क्षणिक विद्युत थर्मल) तकनीक, प्रवाहकीय अर्द्ध प्रवाहकीय या nonconductive एक आयामी संरचना सहित ठोस सामग्री का थर्मल diffusivity, मापने के लिए विकसित एक प्रभावी तरीका है. इस तकनीक सामग्री (प्रवाहकीय और nonconductive) की माप के दायरे broadens और सटीकता और स्थिरता में सुधार. नमूना (जैसे मानव सिर के बाल, मकड़ी सिल्क, और रेशमकीट रेशम के रूप में विशेष रूप से biomaterials,) प्रवाहकीय नहीं है, तो उसे यह इलेक्ट्रॉनिक प्रवाहकीय बनाने के लिए एक सोने की परत के साथ लेपित किया जाएगा. परजीवी चालन और थर्मल diffusivity पर विकिरण नुकसान का प्रभाव डाटा प्रोसेसिंग के दौरान घटाया जा सकता है. तो असली थर्मल चालकता अंशांकन, noncontact फोटो थर्मल तकनीक या अलग घनत्व और विशिष्ट गर्मी मापने से प्राप्त किया जा सकता है, जो मात्रा के आधार पर विशिष्ट गर्मी (ρc पी), के दिए गए मान के साथ की गणना की जा सकती है. इस काम में, मानव सिर बाल नमूने का उपयोग कर रहे हैंप्रयोग की स्थापना की प्रयोगात्मक डेटा की प्रक्रिया, और परजीवी चालन और विकिरण नुकसान का प्रभाव घटाने के लिए कैसे दिखाने के लिए डी.
Introduction
TET तकनीक 1, प्रवाहकीय अर्द्ध प्रवाहकीय या nonconductive एक आयामी संरचना सहित ठोस सामग्री का थर्मल diffusivity, मापने के लिए विकसित एक प्रभावी तरीका है. अतीत में, एकल तार 3ω विधि 2-4 और सूक्ष्म गढ़े डिवाइस विधि 5-9 माइक्रो / नैनो पैमाने पर एक आयामी संरचना के तापीय गुणों को मापने के लिए विकसित किया गया है. सामग्री (प्रवाहकीय और nonconductive) की माप के दायरे को व्यापक बनाने और सटीकता और स्थिरता में सुधार करने के लिए, क्षणिक विद्युत थर्मल (TET) तकनीक माइक्रो / nanoscale के तारों की thermophysical गुणों के लक्षण वर्णन के लिए विकसित किया गया है. इस तकनीक को मुक्त खड़े सुक्ष्ममापी मोटी पाली (3 hexylthiophene) फिल्मों की 10 थर्मल लक्षण वर्णन के लिए सफलतापूर्वक इस्तेमाल किया गया है, anatase TiO 2 nanofibers 11, एकल दीवार कार्बन नैनोट्यूब 1, सूक्ष्म / submicroscale पाली की रचना की पतली फिल्मोंacrylonitrile तार 12, और प्रोटीन फाइबर. और विकिरणवाला घाटा (नमूना यह इलेक्ट्रॉनिक प्रवाहकीय बनाने के लिए सोने की परत के साथ लेपित है) परजीवी चालन के प्रभाव को नष्ट करने के बाद, असली थर्मल diffusivity प्राप्त किया जा सकता है. तो असली थर्मल चालकता अंशांकन, noncontact फोटो थर्मल तकनीक, या अलग घनत्व और विशिष्ट गर्मी मापने से प्राप्त किया जा सकता है, जो मात्रा के आधार पर विशिष्ट गर्मी (ρc पी), का एक दिया मूल्य के साथ गणना की जा सकती.
Protocol
1. प्रयोग प्रक्रिया
- नमूना ले लीजिए. इस काम में, मानव सिर के बालों के नमूनों को एक 30 वर्षीय स्वस्थ एशियाई महिला से एकत्र कर रहे हैं.
- चित्रा 1 ए के रूप में दिखाया दो तांबे के इलेक्ट्रोड के बीच नमूना निलंबित. एक नगण्य स्तर तक थर्मल और बिजली के संपर्क प्रतिरोध को कम करने के लिए नमूना इलेक्ट्रोड संपर्क में चांदी लगाएँ.
- नमूने की प्रारंभिक जांच करते हैं और चांदी पेस्ट निलंबित नमूना दूषित नहीं करता है सुनिश्चित करने के लिए एक माइक्रोस्कोप का उपयोग करें.
- मानव सिर के बालों के नमूनों विद्युत प्रवाहकीय नहीं कर रहे हैं, कोट फिल्म सोना (~ 40 एनएम) की एक बहुत पतली परत के साथ नमूना के बाहर यह विद्युत प्रवाहकीय बनाने के लिए.
- निर्वात चैम्बर में नमूना रखो और 1-3 mTorr के लिए यह पंप.
- प्रोफाइल एक आस्टसीलस्कप का उपयोग करके दर्ज किया जाएगा - बिजली ताप और प्रेरित वोल्टेज समय (टी वी) लागू करने के लिए नमूना के माध्यम से एक कदम डीसी वर्तमान फ़ीड. सोने फिल्म की एक और पतली परत (~ 40 एनएम) के साथ चैम्बर और कोट इसे से बाहर नमूना करें, और दोहराने 1.5 और 1.6 कदम.
- एक अलग लंबाई के साथ एक नया नमूना तैयार करें, और दोहराने 1.2-1.7 कदम.
- नमूने (लंबी और छोटी वाले) की लंबाई और व्यास चिह्नित करने के लिए स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) का प्रयोग करें.
2. डेटा संसाधन
पहली प्रयोगात्मक तापमान वृद्धि मानक के अनुसार, और नमूने के थर्मल diffusivity के विभिन्न परीक्षण मूल्यों का उपयोग करके उस की सैद्धांतिक फिटिंग का संचालन. इस प्रक्रिया में विस्तार से गुओ काम 1 में चर्चा की है. तब थर्मल diffusivity पर विकिरणवाला घाटा और परजीवी चालन के प्रभाव घटाना, और तापीय चालकता गणना. विवरण नीचे दिया गया है.
- प्रभावी थर्मल diffusivity का निर्धारण करें
TET प्रयोग सेटअप का एक योजनाबद्ध चित्रा 1 ए में दिखाया गया है. माप में एक कदम वर्तमान फ़ीडनमूना के माध्यम से जौल ताप उत्पन्न करने के लिए. चित्रा 1 बी में प्रस्तुत किया है जो रूपरेखा - वोल्टेज समय प्रेरित (टी वी) दर्ज करने के लिए एक आस्टसीलस्कप का उपयोग करें. कितनी तेजी से / दो प्रतिस्पर्धा प्रक्रियाओं द्वारा निर्धारित किया जाता है तापमान बढ़ता धीमी: एक जौल हीटिंग है, और अन्य एक इलेक्ट्रोड के लिए नमूना से गर्मी चालन है. नमूने के एक उच्च थर्मल diffusivity स्थिर अवस्था तक पहुँचने के लिए कम समय है, जिसका अर्थ है एक तेजी से तापमान विकास को बढ़ावा मिलेगा. इसलिए, क्षणिक वोल्टेज / तापमान परिवर्तन थर्मल diffusivity निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. नमूने के थर्मल diffusivity का निर्धारण करते हैं, तो कोई वास्तविक तापमान वृद्धि की जरूरत है. वास्तव में, वोल्टेज वृद्धि के आधार पर ही सामान्यीकृत तापमान वृद्धि प्रयोग किया जाता है. थर्मल diffusivity और थर्मल चालकता का निर्धारण करने के लिए प्रक्रियाओं नीचे दिए गए हैं.- एक आयामी करने के लिए गर्मी हस्तांतरण को सरल बनाएँ: साथ एक आयाम में नमूना की गर्मी हस्तांतरण लो अक्षीय दिशा. नोट: तार की लंबाई इसके व्यास की तुलना में काफी लंबे समय तक होना चाहिए. अधिक जानकारी गुओ काम 1 के लिए भेजा जा सकता है.
- निम्न समीकरण का उपयोग कर एक आयामी गर्मी हस्तांतरण समस्या के लिए नमूना पर (भी पूरे नमूना भर में स्थानिक औसत तापमान के रूप में जाना टी *) सामान्यीकृत तापमान वृद्धि के लिए समाधान:
(1)
α और एल नमूने के थर्मल diffusivity और लंबाई हैं. - सामान्यीकृत आस्टसीलस्कप द्वारा दर्ज वोल्टेज विकास (वी तार) से तापमान वृद्धि, और थर्मल diffusivity निर्धारित करने के लिए ढाले आचरण डेटा के लिए समाधान. तार पर वोल्टेज इसके तापमान से संबंधित है के रूप में:
0 "/> (2)
आर 0 नमूना के माध्यम से मैं वर्तमान गुजर, हीटिंग से पहले नमूने के प्रतिरोध है, और थर्मल चालकता k. क्यू 0 प्रति इकाई मात्रा ताप विद्युत शक्ति है. यह मापा वोल्टेज परिवर्तन नमूना का तापमान परिवर्तन करने के लिए स्वाभाविक संबंधित है कि स्पष्ट है. प्रयोगात्मक डेटा पर आधारित सामान्यीकृत तापमान वृद्धि टी * ऍक्स्प टी * ऍक्स्प = के रूप में गणना की जा सकती (वी तार - वी 0) / (1 वी - वी 0), वी 0 और वी 1 भर में प्रारंभिक और अंतिम voltages हैं जहां नमूना (चित्रा 1 बी में सचित्र के रूप में). टी * ऍक्स्प प्राप्त करने के बाद, 1 समीकरण लगाने से सैद्धांतिक टी * गणना करने के लिए α के विभिन्न परीक्षण मूल्यों का उपयोग करें और प्रयोगात्मक फिर से फिटsults (टी * ऍक्स्प). प्रोग्रामिंग कम से कम वर्ग से फिटिंग तकनीक लागू करने के द्वारा प्रायोगिक और सैद्धांतिक मूल्यों तुलना, और नमूने के थर्मल diffusivity के रूप टी * EXP के सर्वश्रेष्ठ फिट दे मान लेने के लिए MATLAB प्रयोग किया जाता है.
- निम्न समीकरण का उपयोग कर एक आयामी गर्मी हस्तांतरण समस्या के लिए नमूना पर (भी पूरे नमूना भर में स्थानिक औसत तापमान के रूप में जाना टी *) सामान्यीकृत तापमान वृद्धि के लिए समाधान:
- एक आयामी करने के लिए गर्मी हस्तांतरण को सरल बनाएँ: साथ एक आयाम में नमूना की गर्मी हस्तांतरण लो अक्षीय दिशा. नोट: तार की लंबाई इसके व्यास की तुलना में काफी लंबे समय तक होना चाहिए. अधिक जानकारी गुओ काम 1 के लिए भेजा जा सकता है.
- विकिरण नुकसान और गैस चालन के प्रभाव घटाएँ
(: नमूना व्यास एल / डी, डी) विशेष रूप से कम तापीय चालकता के नमूने लिए, नमूना एक बहुत बड़ा पहलू अनुपात है अगर TET थर्मल लक्षण वर्णन के दौरान विकिरण नुकसान का प्रभाव महत्वपूर्ण हो सकता है. निर्वात चैम्बर का दबाव बहुत कम नहीं है इसके अलावा, अगर हवा को गर्मी हस्तांतरण कुछ निश्चित सीमा तक माप को प्रभावित करेगा. : नमूना सतह से विकिरण की गर्मी अंतरण दर के रूप में व्यक्त किया जा सकता है
, (3)
wheε पुनः नमूना के प्रभावी उत्सर्जन है, एक सतह क्षेत्र, टी सतह के तापमान, टी 0 वातावरण (निर्वात चैम्बर) के तापमान, और θ = टी -. टी 0 ज्यादातर मामलों में, θ << टी 0 , तो:
(4)
शरीर को ठंडा करने के स्रोत के लिए सतह विकिरण और गैस चालन परिवर्तित करके, नमूना के लिए गर्मी हस्तांतरण गवर्निंग समीकरण बन जाता है:
, (5)
ज गैस चालन के गुणांक है. इलेक्ट्रोड नमूना की तुलना में काफी बड़े होते हैं और उत्कृष्ट गर्मी चालन के बाद से हमारे भौतिक मॉडल में, नमूना के तापमान कमरे के तापमान एक पर ले लिया हैसंपर्क टी. Θ (एक्स, टी) = T (एक्स, टी) - क्योंकि, सीमा हालत θ (0, टी) = θ (एल, टी) टी 0 है = θ (एक्स, 0) = 0.
5 समीकरण का हल है:
(6)
यहाँ च के रूप में परिभाषित किया गया है - (16 εδT 0 3 / डी 4 एच / डी) एल 2 / π 2 कश्मीर, आयामरहित है. यह जिसका आकार नमूना की तरफ से गर्मी नुकसान की राशि को इंगित करता है Biot संख्या का एक प्रकार है. X-दिशा और औसत तापमान के साथ इस समीकरण को एकीकृत प्राप्त किया जा सकता है:
(7)
तो सामान्यीकृत एवेन्यूक्रोध तापमान है:
(8)
Α EFF = α साथ सावधान संख्यात्मक और गणित अध्ययन के बाद (1 - एफ), टी * के रूप में approximated किया जा सकता है
(9)
संख्यात्मक गणना ऊपर सन्निकटन की सटीकता का अध्ययन करने के लिए आयोजित किया गया है. एफ 0 से कम है, कृपया ध्यान दें कि, पूरे क्षणिक राज्य में अधिकतम पूर्ण अंतर (चित्रा 2 में दिखाया गया है) कम से कम 0,014 है. अंत में:
(10)
प्रयोग बहुत कम दबाव (1-3 mTorr) में निर्वात चैम्बर में आयोजित किया जाता है, क्योंकि गैस चालन प्रभाव (ज) negligi है ble. : तो समीकरण के रूप में 10 को आसान बनाने में
(11)
इस समीकरण TET तकनीक का उपयोग करके मापा थर्मल diffusivity विकिरणवाला घाटा (4 εσT 0 3) के प्रभाव के साथ एक रेखीय रिश्ता है कि यह दर्शाता है. विकिरण नुकसान और गैस चालन का प्रभाव घटाने के लिए इस तरह के सैद्धांतिक पृष्ठभूमि का उपयोग करें. - असली थर्मल diffusivity और चालकता का निर्धारण करें
का परीक्षण नमूना एक सोने की पतली फिल्म के साथ लेपित है अगर समीकरण 11 में निर्धारित थर्मल diffusivity (α) अभी परजीवी चालन का असर है. लेपित परत की वजह से थर्मल परिवहन प्रभाव नगण्य अनिश्चितता के साथ Wiedemann-फ्रांज कानून का उपयोग कर घटाया जा सकता है. नमूने के असली थर्मल diffusivity (α) 1 के रूप में निर्धारित किया जाता है:
"ऊंचाई =" 47 "src =" / files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002_0006.gif में .1 "चौड़ाई =" 134 "/>, (12)
ρc पी. एल लोरेन्ज, टी, और एक लोरेन्ज संख्या, नमूना के तापमान और पार के अनुभागीय क्षेत्र हैं अंशांकन, noncontact फोटो थर्मल तकनीक या अलग घनत्व और विशिष्ट गर्मी मापने से प्राप्त किया जा सकता है, जो मात्रा के आधार पर विशिष्ट गर्मी है, क्रमशः.
क्योंकि
, यह प्रयोग में, दो बार (1 / आर के परिवर्तन के कारण होगा जो) सोना फिल्म के साथ एक नमूना कोटिंग और दो बार के परीक्षण से परजीवी चालन के प्रभाव को समाप्त कर सकते हैं तो α EFF, 1 / आर के साथ एक रेखीय रिश्ता है कि स्पष्ट है वक्र ढाले. असली थर्मल चालकता कश्मीर के लिए, यह आसानी से कश्मीर = ρc पी का उपयोग करके मूल्यांकन किया जा सकता45;.
(1) 
, (3) 
(4) 
, (5) 
(6) 
(7) 
(8) 
(9) 
(10) 
(11) 
, यह प्रयोग में, दो बार (1 / आर के परिवर्तन के कारण होगा जो) सोना फिल्म के साथ एक नमूना कोटिंग और दो बार के परीक्षण से परजीवी चालन के प्रभाव को समाप्त कर सकते हैं तो α EFF, 1 / आर के साथ एक रेखीय रिश्ता है कि स्पष्ट है वक्र ढाले. असली थर्मल चालकता कश्मीर के लिए, यह आसानी से कश्मीर = ρc पी का उपयोग करके मूल्यांकन किया जा सकता45;. Representative Results
मानव सिर के बाल नमूना 1 के लिए प्रयोगात्मक डेटा की फिटिंग (केवल एक बार सोने की फिल्म के साथ लेपित लंबाई 0.788 मिमी,) 3 चित्र में दिखाया गया है. इसका थर्मल diffusivity विकिरणवाला घाटा और परजीवी चालन का प्रभाव भी शामिल है जो 1.67 x 10 -7 एम 2 / सेक, पर निर्धारित किया जाता है. 4 मानव सिर के बालों के एक ठेठ SEM छवि है चित्रा. चित्रा 5 में दिखाया गया है छोटी और लंबी नमूने समीकरण 12 के आधार पर क्रमश: दो बार दो बार सोना फिल्म के साथ लेपित और परीक्षण कर रहे हैं, परजीवी चालन के प्रभाव को आसानी से वक्र ढाले से घटाया जा सकता है. वक्र ढाले α EFF अक्ष के साथ intersects बिंदु जहां α EFF का मूल्य है प्रतिरोध का मतलब है, जो अनंत है जब समीकरण 12 में परजीवी चालन के प्रभाव 0 है. अलग अलग लंबाई के साथ दो मानव सिर के बालों के नमूनों दो intersects प्राप्त करने के लिए मापा जाता है. ऍक्स्प के बारे में विवरणerimental शर्तों और माप परिणाम तालिका 1 में संक्षेप हैं. इन दो अंक के संयोजन से, α EFF के बीच संबंध और एल 2 / डी प्रगट किया जा सकता है. (Α 1, एल 1 2 / डी 1) और (α 2, एल 2 2 / डी 2), रैखिक एक्सट्रपलेशन (6 चित्र में दिखाया गया है) = 0 एल के मुद्दे पर किया जाता है (जिसका अर्थ नहीं मापा जोड़े से उस बिंदु पर विकिरण नुकसान का प्रभाव), और थर्मल diffusivity 1.42 x 10 -7 मीटर है 2 / सेक [= α 1 - (α 1 - α 2) * एल 1 2 / डी 1 / (एल 1 2 / डी 1 - एल 2 2 / डी 2)]. यह मान थर्मल अलग दर्शाताविकिरण नुकसान और परजीवी चालन के प्रभाव के बिना नमूना के fusivity.
मानव सिर के बालों के लिए, घनत्व बाल की कई किस्में भार और उनकी मात्रा को मापने के द्वारा होती है, और / एम 3 1100 किलो पर मापा जाता है. विशिष्ट गर्मी डीएससी (विभेदकों स्कैन Calorimetry) का उपयोग करके मापा जाता है और इसलिए असली थर्मल चालकता 0.25 डब्ल्यू / प्रयोगात्मक मानकों और मानव सिर के बाल नमूना 1 के लिए परिणाम के एम लालकृष्ण विवरण है और 2 हैं 1.602 केजे / लालकृष्ण किलो पर मापा जाता है तालिका 1 में दिखाया गया है.
चित्रा 1. TET प्रयोग सेटअप के ए) योजनाबद्ध और बी) एक ठेठ वी टी प्रोफाइल. सी बड़ी छवि को देखने के लिए यहां चाटना.
चित्रा 2. समीकरण 9 का उपयोग टी * और अपने सन्निकटन के बीच का अंतर. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
चित्रा 3. समय (मानव सिर के बाल नमूना 1) बनाम सामान्यीकृत तापमान वृद्धि के लिए प्रयोगात्मक डेटा और सैद्धांतिक फिटिंग परिणाम के बीच तुलना.> बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.
चित्रा 4. मानव सिर के बालों का एक विशिष्ट छवि SEM. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
चित्रा 5. मानव सिर के बाल नमूना 1 और 2 के लिए 1 / आर खिलाफ थर्मल diffusivity परिवर्तन के लिए फिटिंग का परिणाम है. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
चित्रा 6. मानव सिर के बालों के नमूनों की असली थर्मल diffusivity के लिए फिटिंग परिणाम. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .
| मानव सिर के बालों के नमूने | नमूना 1 (छोटी) | नमूना 2 (लंबी) |
| लम्बाई (मिमी) | 0.788 | 1.468 |
| व्यास (मिमी) | 74.0 | 77.8 |
| α असली + विकिरण (एक्स 10 -7 एम 2 / सेक) | 1.48 | 1.62 |
| α रियल (एक्स 10 -7 एम 2 / सेक) | 1.42 | |
| ρ सी पी (6 x 10 जे / 3 मीटर कश्मीर) | 1.76 | |
| रियल थर्मल चालकता (डब्ल्यू / मी कश्मीर) | 0.25 | |
तालिका 1: मानव सिर के बालों के लिए प्रयोगात्मक मानकों और परिणाम का विवरण.
Discussion
प्रयोग प्रक्रिया में, तीन चरणों [चरण 2), 3) और 5)] सही थर्मल गुण निस्र्पक की सफलता के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं. चरण 2) और 3), ज्यादा ध्यान केवल नमूना इलेक्ट्रोड संपर्क में चांदी पेस्ट लगाने पर भुगतान किया जाना चाहिए. यह चांदी पेस्ट के साथ निलंबित नमूना दूषित करने के लिए बहुत आसान है, और अगर ऐसा होता है तापीय गुणों में वृद्धि होगी. किसी भी प्रदूषण चांदी पेस्ट निलंबित नमूना है गौर करने के लिए आवेदन या बढ़ाया जाता है तो अगर कदम 3) में, ध्यान से खुर्दबीन के साथ नमूना की जांच, एक नया नमूना प्रयोग के लिए तैयार रहने की जरूरत है.
समीकरण 10 11 समीकरण को सरल बनाया जाता है, यह प्रयोग बहुत कम दबाव (1-3 mTorr) में एक निर्वात चैम्बर में आयोजित किया जाता है कि ग्रहण, ताकि गैस चालन प्रभाव नगण्य है. विभिन्न दबावों में परीक्षण की एक श्रृंखला करने के बाद, यह पुष्टि की है कि, समीकरण 10, गैस आचरण मेंआयन गुणांक ज ज = γp दबाव के रूप में पी के लिए आनुपातिक है. गुणांक γ गैस के अणुओं सामग्री सतह हड़ताल जब ऊर्जा युग्मन / एक्सचेंज गुणांक दर्शाता है कि थर्मल आवास गुणांक नामक एक पैरामीटर से संबंधित है. γ के रूप में गणना की जा सकती ξπ 2 ξ की ढलान है जहां Dρc पी / (4 एल 2) दबाव के खिलाफ थर्मल diffusivity. γ नमूना नमूना से भिन्न होता है. इस गैस चालन कारक जोरदार TET लक्षण वर्णन के दौरान कक्ष में सामग्री सतह की संरचना और स्थानिक विन्यास से प्रभावित किया जा सकता है. चरण 5), बहुत कम दबाव (1-3 mTorr) पर प्रयोग आयोजित करने के लिए इस जटिल गैस चालन प्रभाव नगण्य है बनाना होगा.
इस तकनीक द्वारा मापा नमूनों की सतह उत्सर्जन (ε) भी वाई गणना की जा सकतीअंशांकन से प्राप्त किया जा सकता है, जो मात्रा के आधार पर विशिष्ट गर्मी (ρc पी), noncontact फोटो थर्मल तकनीक 13-15 या अलग घनत्व और विशिष्ट गर्मी को मापने का दिया मूल्य वें. परजीवी चालन का प्रभाव घटाने के बाद 6 चित्र में दिखाया थर्मल diffusivity (α असली + रेड) केवल विकिरणवाला घाटे का असर है 
. यह पता चला है कि आसान है: 
(13)
यहाँ टी 0 कमरे के तापमान, एल परीक्षण नमूनों का व्यास, और डी नमूना का व्यास है.
TET तकनीक के कई सीमाएं हैं. सबसे पहले, वीं के लिए विशेषता समय Δt गErmal परिवहन 0.2026 एल 2 / α 1 के बराबर होती है, जो नमूने में, वृद्धि समय वर्तमान स्रोत के बारे में (2 μsec) से भी बड़ा होना चाहिए. अन्यथा, वोल्टेज विकास की सटीकता काफी प्रभावित हो जाएगा. तो यह नमूना लंबाई एल चाहिए बहुत बड़ा नहीं बहुत छोटा या थर्मल diffusivity α नहीं होना चाहिए कि आवश्यकता है. दूसरा, नमूना के तापमान प्रयोग में लगभग 20-30 डिग्री तक बढ़ जाएगा. इस सीमा के भीतर, नमूना के प्रतिरोध के तापमान के लिए एक रैखिक संबंध होना चाहिए. सैद्धांतिक पृष्ठभूमि के हिस्से में, यह मापा वोल्टेज परिवर्तन नमूना का तापमान परिवर्तन करने के लिए स्वाभाविक संबंधित ज्ञात है कि वह है. नमूने के प्रतिरोध के तापमान के लिए एक रैखिक संबंध नहीं है, तो वोल्टेज विकास तापमान विकास के लिए बर्दाश्त नहीं कर सकता. तीसरा, नमूना के वोल्टेज के लिए एक रैखिक संबंध होना चाहिएप्रयोग के दौरान खिलाया डीसी वर्तमान. यह एक निश्चित तापमान पर, प्रतिरोध डीसी वर्तमान परिवर्तन जब परिवर्तन नहीं होगा मतलब है. यह सर्वविदित है कि अर्धचालक इस संपत्ति नहीं है कि जाना जाता है.
अंत में, TET तकनीक सामग्री के विभिन्न प्रकार के तापीय गुणों को मापने के लिए एक बहुत प्रभावी और मजबूत दृष्टिकोण है. एक ही सामग्री के लिए, बस एक दो बार, इस तरह के थर्मल diffusivity, थर्मल चालकता, और सतह उत्सर्जन (ρc P दिया जाता है) के रूप में सामग्री के सभी महत्वपूर्ण थर्मल गुण, विशेषता जा सकता है अलग लंबाई के साथ दो नमूनों का परीक्षण.
Disclosures
खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.
Acknowledgments
नौसेना अनुसंधान कार्यालय (N000141210603) और सेना के अनुसंधान कार्यालय (W911NF1010381) से इस काम के समर्थन कृतज्ञता स्वीकार किया है. राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (CBET-0931290, सीएमएमआई-0926704, और CBET-0932573) से इस काम के लिए आंशिक समर्थन भी स्वीकार किया है.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Digital Phosphor Oscilloscope | Tektronix | DPO 3052 | |
| Sputter Coater | Denton Vacuum | DESK V | |
| AC and DC Current Source | Keithley | Model 6221 | |
| Laboratory Microscope | Olympus | BX41 | |
| Dual Stage Rotary Vane Vacuum Pump | Varian | DS102 | |
| Vacuum Chamber | Huntington Mechanical Laboratories | Customized Product | The pressure in the chamber should be as low as 1-3 mTorr when working with the vacuum pump |
| Colloidal Silver Liquid | Ted Pella | 16031 |
References
- Guo, J. Q., Wang, X. W., Wang, T. Thermal characterization of microscale conductive and nonconductive wires using transient electrothermal technique. J. Appl. Phys. 101, (2007).
- Lu, L., Yi, W., Zhang, D. L. 3 omega method for specific heat and thermal conductivity measurements. Rev. Sci. Instrum. 72, 2996-3003 (2001).
- Choi, T. Y., Poulikakos, D., Tharian, J., Sennhauser, U. Measurement of the thermal conductivity of individual carbon nanotubes by the four-point three-omega method. Nano Lett. 6, 1589-1593 (2006).
- Hou, J. B., et al. Thermal characterization of single-wall carbon nanotube bundles using the self-heating 3-omega technique. J. Appl. Phys. 100, (2006).
- Kim, P., Shi, L., Majumdar, A., McEuen, P. L. Thermal transport measurements of individual multiwalled nanotubes. Phys. Rev. Lett. 87, (2001).
- Kim, P., Shi, L., Majumdar, A., McEuen, P. L. Mesoscopic thermal transport and energy dissipation in carbon nanotubes. Physica B Condens. Matter. 323, 67-70 (2002).
- Shi, L., et al. Measuring thermal and thermoelectric properties of one-dimensional nanostructures using a microfabricated device. J. Heat Transfer. 125, 881-888 (2003).
- Li, D. Y., et al. Thermal conductivity of individual silicon nanowires. Appl. Phys. Lett. 83, 2934-2936 (2003).
- Shi, L., et al. Thermal conductivities of individual tin dioxide nanobelts. Appl. Phys. Lett. 84, 2638-2640 (2004).
- Feng, X. H., Wang, X. W. Thermophysical properties of free-standing micrometer-thick Poly (3-hexylthiophene) films. Thin Solid Films. 519, 5700-5705 (2011).
- Feng, X., Wang, X., Chen, X., Yue, Y. Thermo-physical properties of thin films composed of anatase TiO2 nanofibers. Acta Mater. 59, 1934-1944 (2011).
- Guo, J. Q., Wang, X. W., Zhang, L. J., Wang, T. Transient thermal characterization of micro/submicroscale polyacrylonitrile wires. Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 89, 153-156 (2007).
- Hu, H. P., Wang, X. W., Xu, X. F. Generalized theory of the photoacoustic effect in a multilayer material. J. Appl. Phys. 86, 3953-3958 (1999).
- Wang, X. W., Hu, H. P., Xu, X. F. Photo-acoustic measurement of thermal conductivity of thin films and bulk materials. J. Heat. Transfer. 123, 138-144 (2001).
- Wang, T., et al. Effect of zirconium(IV) propoxide concentration on the thermophysical properties of hybrid organic-inorganic films. J. Appl. Phys. 104, (2008).
