Thermische Charakterisierung von Transport-in-One-dimensional Solide Materialien

Das übergeordnete Ziel des folgenden Videos ist es, die transiente elektrothermische Technik vorzustellen. Diese Technik ist eine effektive Methode, um die Wärmeleitfähigkeit von Feststoffen genau zu messen. Zu Beginn der Messung wird die Probe zwischen zwei Kupferelektroden aufgehängt.

Silberpaste wird auf die Kontaktfläche der Probenelektrode aufgetragen, um die thermischen und elektrischen Kontaktwiderstände auf ein vernachlässigbares Maß zu reduzieren. Die gesamte Probe wird dann in einer Vakuumkammer untergebracht, um den Wärmeübergang an die Luft zu reduzieren. Während der Messung wird ein Schrittstrom durch die Probe geleitet, um eine JUUL-Erwärmung zu induzieren.

Das induzierte Spannungszeitprofil wird vom Oszilloskop aufgezeichnet. Eine höhere Thermodiffusivität der Probe führt zu einer schnelleren Temperaturentwicklung, was bedeutet, dass die Zeit bis zum Erreichen des stationären Zustands kürzer ist. Daher kann diese transiente Spannungstemperaturänderung zur Bestimmung der Thermodiffusivität verwendet werden.

Die theoretische Anpassung des normierten experimentellen Temperaturanstiegs erfolgt unter Verwendung verschiedener Versuchswerte der Thermodiffusivität der Probe. Die wertgebende, beste Anpassung der experimentellen Daten wird als Thermoeigenschaft der Proben angesehen. Bitte beachten Sie das Manuskript für den detaillierten theoretischen Hintergrund.

Die TD-Techniken haben mehrere Vorteile gegenüber den Techniken, die die Menschen in der Vergangenheit verwendet haben. Erstens erweitert es den materiellen Spielraum, den wir messen können. Jetzt können wir sowohl leitfähige als auch nichtleitende Materialien messen.

Zweitens verbessert es die Umgebungsgenauigkeit und die Stabilität erheblich. Unser Doktorand, Juan Lin, wird das Verfahren in dieser Arbeit zeigen. Menschliche Kopfhaarproben, die von einer 30-jährigen gesunden Frau entnommen wurden, werden verwendet, um zu zeigen, wie das Experiment aufgebaut und die experimentellen Daten verarbeitet werden.

Hängen Sie zunächst die Probe zwischen zwei Kupferelektroden auf. Anschließend wird Silberpaste auf die Kontaktfläche der Probenelektrode aufgetragen, um die thermischen und elektrischen Kontaktwiderstände auf ein vernachlässigbares Maß zu reduzieren. Als nächstes wird das Mikroskop verwendet, um die Vorkontrolle der Probe durchzuführen.

Wir müssen sicherstellen, dass die Silberpaste die suspendierte Probe nicht verunreinigt hat, indem sie weiter in die Haarlänge sickert. Sobald das Haar mit Silberpaste verunreinigt ist, werden die thermischen Eigenschaften drastisch verändert. Werden Verunreinigungen festgestellt, muss eine neue Probe für den Versuch vorbereitet werden.

Da menschliche Kopfhaarproben nicht elektrisch leitfähig sind, wird außerhalb der Probe eine sehr dünne Schicht aus Goldfilm von etwa 40 Nanometern beschichtet, um sie elektrisch leitfähig zu machen. Dieser Goldeffekt auf die Thermodiffusivität wird vom Endergebnis abgezogen. Bei der Verarbeitung der experimentellen Daten wird nun die Probe in die Vakuumkammer gegeben und auf ein bis drei Meilen gepumpt, was zu vernachlässigbaren Gasleitungseffekten führt.

Anschließend wird ein stufenweiser Gleichstrom durch die Probe geleitet, um eine elektrische Erwärmung einzuführen. Das induzierte Spannungszeitprofil wird vom Oszilloskop aufgezeichnet. Endlich.

Mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops werden Länge und Durchmesser der Proben charakterisiert. Die theoretische Anpassung des normierten experimentellen Temperaturanstiegs erfolgt unter Verwendung verschiedener Versuchswerte der Wärmeleitfähigkeit der Probe. Als wertgebende, beste Passform der experimentellen Daten wird die thermische Eigenschaft der Proben für das menschliche Kopfhaar genommen.

Zwei Proben werden jeweils zweimal mit Goldfilm überzogen. Wir haben vier effektive Thermodiffusivität und aus Gleichung 12 im Manuskript. Wir wissen, dass die Codierung der Probe mit Goldfolie nur den Widerstand ändert.

Der Punkt, an dem sich die Anpassungskurve mit einem Zugang zur Thermodiffusivität schneidet, ist der Wert der effektiven Thermodiffusivität, wenn der Widerstand unendlich ist, was bedeutet, dass es keinen Goldeffekt gibt. Durch die Kombination dieser beiden Punkte kann die Beziehung zwischen der realen Thermodiffusivität einschließlich der Strahlungswirkung und L zum Quadrat über D aufgedeckt werden. Wir führen eine lineare Extrapolation bis zum Punkt L gleich Null durch, was bedeutet, dass kein Strahlungseffekt auftritt, und die Thermodiffusivität an diesem Punkt beträgt 1,42 mal 10 zu den negativen sieben Quadratmetern pro Sekunde.

Dieser Wert spiegelt die Wärmeleitfähigkeit der Probe wider, ohne dass die Einwirkung von Strahlung auf den Einfluss der Goldbeschichtung zurückzuführen ist. Für die reale Wärmeleitfähigkeit kann sie anhand dieser Gleichung leicht bewertet werden, wenn die Dichte in spezifischer Wärme angegeben ist. Die TD-Technik ist ein sehr effektiver und robuster Ansatz, um die Summe der physikalischen Eigenschaften oder Materialien nun für dasselbe Material mit zwei verschiedenen Längen zu messen.

Schließlich können wir die Gesamtkonnektivität messen, eine gewisse Diffusivität. Auch die Oberflächenwirksamkeit, wenn die Dichte und die spezifische Wärme des Materials gegeben ist.