Technika termorefleksji w dziedzinie częstotliwości do pomiarów właściwości termicznych

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

doi:10.3791/68908

Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Technika termorefleksji w dziedzinie częstotliwości do pomiarów właściwości termicznych

2K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/68908

⸱

5 grudnia 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

W tym artykule

Podsumowanie

W tym artykule przedstawiono technikę termorefleksji w dziedzinie częstotliwości (FDTR) do lokalnej niedestrukcyjnej charakterystyki termicznej i obrazowania.

Streszczenie

Technika termorefleksji w dziedzinie częstotliwości (FDTR) jest metodą niedestrukcyjną do charakteryzacji termicznej i obrazowania z rozdzielczością przestrzenną w skali mikro. Technika ta opiera się na laserze pompowym do generowania modulowanej zmiany temperatury w próbce oraz na laserze sondowym monitorującym lokalną odpowiedź termiczną próbki. Właściwości termiczne próbki określa się poprzez dopasowanie modelu termicznego do odpowiedzi termorefleksyjnej próbki. W tym artykule przedstawiono szczegółowe protokoły wdrażania tej techniki oraz lokalnych pomiarów lokalnej przewodności cieplnej podłoża. Szczególną uwagę poświęcono omówieniu, jak pomiar jest wpływany przez parametry źródła lasera, źródła błędu w pomiarze FDTR oraz ilościowe określenie niepewności pomiaru. Na koniec omawiamy eksperyment obrazowania przewodności cieplnej przeprowadzony w pobliżu pojedynczej pionowej granicy między dwoma powierzchniowo aktywowanymi substratami z pojedynczego kryształu krzemowego. Przewodność cieplna na styku jest obniżona o 3% w porównaniu do wartości objętej w sąsiadujących pojedynczych kryształach. Możliwość badania właściwości termicznych na styku z techniką FDTR może ułatwić lokalne badania przepływu ciepła wokół poszczególnych granic ziaren, szczególnie w materiałach termoelektrycznych, gdzie można je dostosować do optymalizacji wydajności urządzeń termoelektrycznych.

Wprowadzenie

Narzędzia metrologii termicznej i charakteryzacji są kluczowe dla projektowania i optymalizacji zaawansowanych materiałów wykorzystywanych na przykład w generatorach termoelektrycznych i zastosowaniach chłodniczych ^1,2. W tych zastosowaniach zazwyczaj preferuje się materiały o niskiej przewodności cieplnej i wysokiej przewodności elektrycznej w celu utrzymania dużego gradientu temperatury między złączami gorącymi a zimnymi oraz efektywnej konwersji energii termicznej na elektryczną. Realizacja tych rozbieżnych właściwości w masowych materiałach krystalicznych jest wyzwaniem. Jednak inżynieria mikrostruktur pop....