Name: Характеристика теплового транспорта в одномерных твердых материалов (Видео) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-01-26T14:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 20 s
Description: Изучите метод транзиентной электротермической техники для измерения теплопроводности твёрдых материалов. Этот подход позволяет исследовать как проводящие, так и непроводящие образцы с высокой точностью.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Поддержка этой работы от Управления военно-морских исследований (N000141210603) и Research Office армии (W911NF1010381) выражает искреннюю признательность. Частичная поддержка этой работы от Национального научного фонда (CBet-0931290, CMMI-0926704, и CBet-0932573) также признал.

1. Процедура Эксперимент <ol><li> Соберите образец. В этой работе, человеческие образцы глава волосы собраны из 30-летнего здорового азиатских женщин. </li><li> Приостановить образец между двумя медными электродами, как показано на рисунке 1а. Применить серебряной пасты на образец-электрода контакт, чтобы уменьшить тепловые и электрические контактные сопротивления до незначительного уровня. </li><li> Используйте микроскоп, чтобы сделать предварительную проверку образца и убедитесь, что серебряная паста не загрязняет условный образец. </li><li> Поскольку образцы человеческая голова волос не электропроводящий, пальто за пределами образца с очень тонким слоем пленки золота (~ 40 нм), чтобы сделать его электропроводящий. </li><li> Поместите образец в вакуумную камеру и насос ее до 1-3 мТорр. </li><li> Поток тока шаг постоянного через образец ввести электрическое отопление и наведенного напряжения времени (V - т) профиль будет записан с помощью осциллографа. </li&gt; <li> Получить образец из камеры и пальто с другом тонким слоем пленки золота (~ 40 нм), и повторите шаги 1.5 и 1.6. </li><li> Подготовьте новый образец с разной длины, и повторите шаги 1.2-1.7. </li><li> Используйте сканирующего электронного микроскопа (SEM), чтобы охарактеризовать длину и диаметр образцов (длинные и короткие из них). </li></ol> 2. Обработка данных Нормализовать рост экспериментальная температурная первой, и проведение теоретических установку, что, используя различные пробные значения температуропроводности образца. Эта процедура обсуждается в работе Го 1 в деталях. Затем вычтите эффект радиационных потерь и паразитной проводимости на температуропроводности, и вычислить теплопроводность. Подробности приведены ниже. <ol><li> Определить эффективное температуропроводности Схема установки эксперимента ТЕТ показан на рисунке 1а. При измерении, кормить шаг токчерез образец, чтобы побудить джоулева нагрева. Используйте осциллограф для записи наведенного напряжения, без стажа (V - Т) профиля, которая представлена ​​на рисунке 1b. Как быстро / медленно повышении температуры определяется двумя конкурирующими процессами: один джоуль отопление, а другой является теплопроводность от образца к электродам. Выше температуропроводности образца приведет к более быстрому эволюции температуры, а это означает более короткое время, чтобы достичь устойчивого состояния. Таким образом, переходные изменения напряжения / температуры могут быть использованы для определения коэффициента температуропроводности. При определении коэффициента температуропроводности образца, никакого реального повышения температуры не требуется. В самом деле, только нормированный повышение температуры на основе увеличения напряжения используется. Процессы определения температуропроводности и теплопроводности, изложены ниже. <ol><li> Упростить передачу тепла одномерным: Возьмите теплопередачу образца в одном измерении вдоль<html> осевое направление. Примечание: длина провода должна быть гораздо больше, чем его диаметр. Подробнее можно отнести к работе Го 1. <ol><li> Решение для нормированной повышением температуры (T *, также известный как пространственного средней температуры по всей выборки) над образцом для одномерной задачи переноса тепла, используя следующее уравнение: <img alt="1" fo:content-width="1.8in" height="46" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002.gif" width="260" /> (1) α и L являются температуропроводность и длина образца. </li><li> Решите для нормированного повышении температуры от эволюции напряжения (V провод), записанного осциллографа, а также проводить данных, установленных для определения температуропроводности. Напряжение на проводе связана с его температуры, как: 0 &quot;/&gt; (2) R 0 является сопротивление образца до нагревания, я ток, проходящий через образец, и к теплопроводности. Д 0 является электрическое отопление мощность на единицу объема. Очевидно, что изменение измеренного напряжения по своей природе связана с изменением температуры образца. Нормализованная повышение температуры Т * ехр на основе экспериментальных данных может быть рассчитана как T * ехр = (V проволоки - V 0) / (V 1 - V 0), где V 0 и V 1 являются начальные и конечные напряжения на образец (как показано на фиг.1В). После получения T * ехр, использовать различные пробные значения α для теоретической T *, применяя уравнение 1 и установите эксперитаты (Т * ехр). MATLAB используется для программирования, чтобы сравнить экспериментальные и теоретические значения путем применения наименьших квадратов технику, и взять величину, дающую наилучшего соответствия T * ехр как температуропроводности образца. </li></ol></li></ol></li><li> Вычтите эффект радиационных потерь и газа проводимости Во ТЕТ тепловой характеристике, эффект радиационных потерь может быть существенным, если образец имеет очень большой пропорции (L / D, D: диаметр образца), особенно для образцов низкой теплопроводностью. Кроме того, если давление в вакуумной камере не очень низким, передача тепла в воздух будет влиять на измерения в некоторой определенной степени. Скорость передачи теплоты излучения от поверхности образца может быть выражена как: <img alt="" fo:content-width="3.1in" height="29" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002_0001.gif" width="390" /> , (3) WheRe ε является эффективный коэффициент излучения образца, площадь поверхности A S, T температура поверхности, T 0 температура окружающей среды (вакуумной камеры), а θ = T -. Т 0 В большинстве случаев, θ &lt;&lt; Т 0 , то: <img alt="" fo:content-width="1.05in" height="23" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002_0002.gif" width="138" /> (4) По преобразования излучения поверхности и газа проводимость к источнику охлаждения тела, передача управляющих уравнение теплопроводности для образца становится: <img alt="" fo:content-width="2.25in" height="49" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002_0003.gif" width="345" /> , (5) где ч-коэффициент газа проводимости. В нашей физической модели, так как электроды намного больше, чем образца и имеют превосходную теплопроводность, температура образца берется при комнатной температурет контакт. Потому что θ (х, т) = Т (х, т) - Т 0, граничное условие θ (0, T) = θ (L, T) = θ (х, 0) = 0. Решение уравнения 5 является: <img alt="" fo:content-width="3.5in" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002_0004.gif" width="489" /> (6) Здесь е определяется как - (16 εδT 0 3 / D +4 ч / D) L 2 / π 2 к, который является безразмерной. Это тип из числа Био, размер которого указывает количество потерь тепла от стороны образца. Интеграция это уравнение по х-направлении и средней температуры может быть получен: <img alt="" fo:content-width="3in" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002_0005.gif" width="408" /> (7) Так нормированная пр.Температура ярость: <img alt="" fo:content-width="4.2in" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image004_0005.gif" width="510px" /> (8) После тщательного численного и математического исследования, с α эф = α (1 - е), Т * можно аппроксимировать <img alt="" fo:content-width="2.2in" height="48" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image008.gif" width="288" /> (9) Числовые расчеты были проведены для изучения достоверность выше приближении. Обратите внимание, что, когда е меньше 0, максимальная абсолютная разница во всем переходном состоянии меньше 0,014 (показано на рисунке 2). Наконец: <img alt="" fo:content-width="1.7in" height="50" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image010.gif" width="218" /> (10) Поскольку эксперимент проводится в вакуумной камере при очень низком давлении (1-3 мтор), эффект газового проводимости (ч) является пренебрежимо<html> BLE. Так упростить уравнение 10, как: <img alt="" fo:content-width="1.4in" height="49" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image012.gif" width="173" /> (11) Это уравнение показывает, что измеренный коэффициент температуропроводности с использованием метода ТЕТ имеет линейную зависимость с эффектом радиационных потерь (4 εσT 0 3). Используйте такую ​​теоретическую подготовку вычесть влияние радиационных потерь и газа проводимости. </li><li> Определить реальный Температуропроводность и теплопроводность Определенный температуропроводность (α) в уравнении 11 по-прежнему имеет эффект паразитной проводимости, если тестируемый образец покрывают тонкой пленкой золота. Транспортный эффект теплового вызвано слоя с покрытием могут быть вычтены используя закон Видемана-Франца с незначительным неопределенности. Реальный коэффициент температуропроводности (α) образца определяется как 1: 0,1 в &quot;высота =&quot; 47 &quot;Первоначально&quot; / files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002_0006.gif &quot;ширина =&quot; 134 &quot;/&gt;, (12) рс р основе объема удельная теплоемкость, которые могут быть получены от калибровки, бесконтактного фото-термического метода или измерением плотности и теплоемкости отдельно. L Lorenz, T, и это количество Lorenz, температура образца и площадь поперечного сечения, соответственно. Потому что <img alt="" fo:content-width="2.4in" height="46" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image004_0006.gif" width="343" /> , Очевидно, что α эф имеет линейную зависимость с 1 / R, поэтому в эксперименте, покрытия одной пробы с золотой пленки в два раза (что вызовет изменение 1 / R) и тестирование в два раза может устранить эффект паразитной проводимости по подгонки кривой. Для реального теплопроводности к, он может быть легко оценена с помощью K = рс р45;. </li></ol>

<ol><li>Guo, J. Q., Wang, X. W., Wang, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+characterization+of+microscale+conductive+and+nonconductive+wires+using+transient+electrothermal+technique%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Thermal characterization of microscale conductive and nonconductive wires using transient electrothermal technique.</a> J. Appl. Phys. 101, (2007).</li>
<li>Lu, L., Yi, W., Zhang, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3+omega+method+for+specific+heat+and+thermal+conductivity+measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Sci.+Instrum%22%5BJournal%5D)">3 omega method for specific heat and thermal conductivity measurements.</a> Rev. Sci. Instrum. 72, 2996-3003 (2001).</li>
<li>Choi, T. Y., Poulikakos, D., Tharian, J., Sennhauser, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+the+thermal+conductivity+of+individual+carbon+nanotubes+by+the+four-point+three-omega+method%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Measurement of the thermal conductivity of individual carbon nanotubes by the four-point three-omega method.</a> Nano Lett. 6, 1589-1593 (2006).</li>
<li>Hou, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+characterization+of+single-wall+carbon+nanotube+bundles+using+the+self-heating+3-omega+technique%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Thermal characterization of single-wall carbon nanotube bundles using the self-heating 3-omega technique.</a> J. Appl. Phys. 100, (2006).</li>
<li>Kim, P., Shi, L., Majumdar, A., McEuen, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+transport+measurements+of+individual+multiwalled+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Thermal transport measurements of individual multiwalled nanotubes.</a> Phys. Rev. Lett. 87, (2001).</li>
<li>Kim, P., Shi, L., Majumdar, A., McEuen, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mesoscopic+thermal+transport+and+energy+dissipation+in+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+B+Condens.+Matter%22%5BJournal%5D)">Mesoscopic thermal transport and energy dissipation in carbon nanotubes.</a> Physica B Condens. Matter. 323, 67-70 (2002).</li>
<li>Shi, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+thermal+and+thermoelectric+properties+of+one-dimensional+nanostructures+using+a+microfabricated+device%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Heat+Transfer%22%5BJournal%5D)">Measuring thermal and thermoelectric properties of one-dimensional nanostructures using a microfabricated device.</a> J. Heat Transfer. 125, 881-888 (2003).</li>
<li>Li, D. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+conductivity+of+individual+silicon+nanowires%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Thermal conductivity of individual silicon nanowires.</a> Appl. Phys. Lett. 83, 2934-2936 (2003).</li>
<li>Shi, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+conductivities+of+individual+tin+dioxide+nanobelts%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Thermal conductivities of individual tin dioxide nanobelts.</a> Appl. Phys. Lett. 84, 2638-2640 (2004).</li>
<li>Feng, X. H., Wang, X. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermophysical+properties+of+free-standing+micrometer-thick+Poly+%283-hexylthiophene%29+films%5BTitle%5D)+AND+%22Thin+Solid+Films%22%5BJournal%5D)">Thermophysical properties of free-standing micrometer-thick Poly (3-hexylthiophene) films.</a> Thin Solid Films. 519, 5700-5705 (2011).</li>
<li>Feng, X., Wang, X., Chen, X., Yue, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermo-physical+properties+of+thin+films+composed+of+anatase+TiO2+nanofibers%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Mater%22%5BJournal%5D)">Thermo-physical properties of thin films composed of anatase TiO2 nanofibers.</a> Acta Mater. 59, 1934-1944 (2011).</li>
<li>Guo, J. Q., Wang, X. W., Zhang, L. J., Wang, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transient+thermal+characterization+of+micro%2Fsubmicroscale+polyacrylonitrile+wires%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+A+Mater.+Sci.+Process%22%5BJournal%5D)">Transient thermal characterization of micro/submicroscale polyacrylonitrile wires.</a> Appl. Phys. A Mater. Sci. Process. 89, 153-156 (2007).</li>
<li>Hu, H. P., Wang, X. W., Xu, X. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generalized+theory+of+the+photoacoustic+effect+in+a+multilayer+material%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Generalized theory of the photoacoustic effect in a multilayer material.</a> J. Appl. Phys. 86, 3953-3958 (1999).</li>
<li>Wang, X. W., Hu, H. P., Xu, X. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photo-acoustic+measurement+of+thermal+conductivity+of+thin+films+and+bulk+materials%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Heat.+Transfer%22%5BJournal%5D)">Photo-acoustic measurement of thermal conductivity of thin films and bulk materials.</a> J. Heat. Transfer. 123, 138-144 (2001).</li>
<li>Wang, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+zirconium%28IV%29+propoxide+concentration+on+the+thermophysical+properties+of+hybrid+organic-inorganic+films%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Effect of zirconium(IV) propoxide concentration on the thermophysical properties of hybrid organic-inorganic films.</a> J. Appl. Phys. 104, (2008).</li>
</ol>

Там нет ничего, чтобы раскрыть.

В процедуре эксперимента, три шага [шаг 2), 3) и 5)] очень важно для успеха, характеризующий тепловые свойства точно. Для шаге 2) и 3), большое внимание должно быть уделено на применении серебряной пасты только на образец-электрод контакта. Это очень легко загрязнить условный образец с серебряной пасты и тепловые свойства увеличится, если это произойдет. Таким образом, в шаге 3), проверьте образец с микроскопом тщательно, если любое загрязнение-серебро паста наносится или продлен до приостановлено выборки отмечается, новый образец должен быть подготовлен для эксперимента. Когда уравнение 10 в уравнение упрощено 11, предполагается, что эксперимент проводится в вакуумной камере при очень низком давлении (1-3 мТорр), так что эффект газ проводимости можно пренебречь. После выполнения серию испытаний при различных давлениях, он подтвердил, что, в уравнении 10, газовой поведенияионный коэффициент ч пропорциональна давлению р в час = Гр. Коэффициент γ связан с параметром называется коэффициент теплового жилье, которое отражает коэффициент энергия связи / обмена, когда молекулы газа ударить поверхности материала. Γ может быть рассчитана как ξπ 2 Dρc P / (4 л 2), где ξ является наклон температуропроводность против давления. γ меняется от образца к образцу. Этот фактор газа проводимости может быть сильно зависит от структуры материала поверхности и пространственной конфигурации в камере во время ТЕТ характеристики. Для этап 5), проведения эксперимента при очень низком давлении (1-3 мтор) будет убедиться, что этот сложный эффект газового проводимости можно пренебречь. Поверхность излучательной (ε) образцов, измеренных на этой методики также могут быть вычислены Wiй заданное значение объемной основе удельной теплоемкости (рс р), которые могут быть получены от калибровки, бесконтактного фото-термического метода или 13-15 измерения плотности и теплоемкости отдельно. После вычитания влияния паразитной проводимости, коэффициент температуропроводности (α + реальный рад) показано на фиг.6 только имеет эффект радиационных потерь, <img alt="" fo:content-width="2in" height="60" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002_0011.gif" width="342" /> . Легко узнать, что: <img alt="" fo:content-width="1.7in" height="59" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image004_0010.gif" width="244" /> (13) Здесь T 0 является комнатная температура, L диаметр испытанных образцов, а D диаметр пробы. Есть несколько ограничений технике ТЕТ. Во-первых, характерное время Δt с для гоErmal транспорт в образце, равной 0,2026 L 2 / α 1, должно быть намного больше, чем время нарастания (около 2 мкс) источника тока. В противном случае, точность эволюции напряжения будет зависеть в значительной. Таким образом, это требует, чтобы длина образца L не должен быть слишком маленьким или температуропроводность α не должен слишком большой. Во-вторых, температура образца будет расти примерно на 20-30 ° в эксперименте. В пределах этого диапазона, сопротивление образца должны иметь в линейной зависимости от температуры. Это потому, что в части теоретических основ, известно, что изменение измеренного напряжения по своей природе связана с изменением температуры образца. Если сопротивление образца не имеет линейной зависимости от температуры, эволюция напряжение не может стоять в течение эволюции температуры. В-третьих, напряжение образца должны иметь в линейной зависимости отпостоянного тока подается в ходе эксперимента. Это означает, при определенной температуре, сопротивление не изменится при изменении текущего постоянного тока. Хорошо известно, что полупроводники не обладают этим свойством. В заключение, техника ТЕТ является очень эффективным и надежным подходом к измерению тепловых свойств различных материалов. Для того же материала, просто проверить двух образцов с различной длиной каждый дважды, все важные тепловые свойства материалов, таких как температуропроводности, теплопроводности и излучательной поверхности (если рс р дано), могут быть охарактеризованы.

ТЕТ техника 1 является эффективным подход, разработанный для измерения температуропроводности твердых материалов, в том числе проводящих, полупроводниковых или непроводящих одномерных структур. В прошлом один провод метод 3ω 2-4 и микро-сфабрикованы метод 5-9 устройство было разработано для измерения тепловых свойств одномерных структур на микро / нано. В целях расширения измерения объем материалов (проводящих и непроводящих) и повышения точности и стабильности, переходный электротермического (ТЕТ) методика была разработана для характеристики теплофизических свойств микро / нано проводов. Этот метод успешно используется для тепловой характеристике свободно стоящих микрометра толщиной Поли (3-гексилтиофен) фильмов 10, тонкие пленки, состоящие из анатазной TiO 2 нановолокон 11, одностенные углеродные нанотрубки 1, микро / submicroscale полиакрилонитрил провода 12 и белковые волокна. После устранения влияния паразитной проводимости (если образец покрывают слоем золота, чтобы сделать его электронной проводимостью) и радиационные потери, реальный коэффициент температуропроводности могут быть получены. Затем в реальном теплопроводность может быть рассчитана с заданным значением объемной основе удельной теплоемкости (рс р), которые могут быть получены от калибровки, бесконтактного фото-термического метода или измерением плотности и теплоемкости отдельно.

<table><tbody><tr><td>Цифровой люминофорный осциллограф</td><td>Tektronix</td><td>DPO 3052</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Распылитель для нанесения покрытий</td><td>Denton Vacuum</td><td>DESK V</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Источник переменного и постоянного тока</td><td>Keithley</td><td>Модель 6221</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Лабораторный микроскоп</td><td>Olympus</td><td>BX41</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Двухступенчатый пластинчато-роторный вакуумный насос</td><td>Varian</td><td>DS102</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Вакуумная камера</td><td>Huntington Mechanical Laboratories</td><td>Custom Product Давление</td><td>в камере должно быть всего 1-3 мТорр при работе с вакуумным насосом</td></tr><tr><td>Коллоидная серебряная жидкость</td><td>Ted Pella</td><td>16031</td><td>&nbsp;</td></tr></tbody></table>

Характеристика теплового транспорта в одномерных твердых материалов

Characterization of Thermal Transport in One-dimensional Solid Materials

ТЕТ (переходный электро-тепловой) метод является эффективным подход, разработанный для измерения температуропроводности твердых материалов, в том числе проводящих, полупроводниковых или непроводящих одномерных структур. Этот метод расширяет измерения объем материалов (проводящих и непроводящих) и повышает точность и стабильность. Если образец (особенно биоматериалы, такие как головы человека волос, шелка паука, и тутового шелкопряда шелка) не проводящая, он будет покрыта слоем золота, чтобы сделать его электронной проводимостью. Влияние паразитной проводимости и радиационных потерь на температуропроводности могут вычитаться в процессе обработки данных. Затем в реальном теплопроводность может быть рассчитана с заданным значением объемной основе удельной теплоемкости (рс р), которые могут быть получены от калибровки, бесконтактного фото-термического метода или измерением плотности и теплоемкости отдельно. В этой работе, образцы человеческой головы волосы являются использованиед показать, как настроить эксперимент, обрабатывать экспериментальные данные, и вычесть эффект паразитной проводимости и радиационных потерь.

Место экспериментальных данных для образца человеческая голова волос 1 (длина 0,788 мм, покрыта пленкой золота только один раз), показана на рисунке 3. Его температуропроводности определяется на 1,67 х 10 -7 м 2 / с, которая включает эффект радиационных потерь и паразитной проводимости. Рисунок 4 является типичным РЭМ изображение волос головы человека. В короткие и длинные образцы покрывают золотой пленки дважды и испытаны два раза, соответственно, на основе уравнения 12, эффект паразитной проводимости может быть легко вычитается аппроксимации кривой, как показано на рисунке 5. Точка, в которой фитинга кривая пересекает с α эфф оси является значение α эф когда сопротивление бесконечно, что означает, что эффект паразитной проводимости в уравнении 12 значение 0. Два образца Волосы на голове человека с различной длиной намерены получить два пересекается. Подробная информация о ехрУсловия erimental и результаты измерений приведены в таблице 1. Объединив эти две точки, отношения между α эф и L 2 / D могут быть выявлены. Из измеренных пар (α 1, L 1 2 / D 1) и (α 2, L 2 2 / D 2), линейная экстраполяция (как показано на рисунке 6) осуществляется к точке L = 0 (то есть не Влияние радиационных потерь), и температуропроводность в этой точке составляет 1,42 х 10 -7 м 2 / с [= α 1 - (α 1 - α 2) * L 1 2 / D 1 / (L 1 2 / D 1 - L 2 2 / D 2)]. Это значение отражает тепловую дифfusivity образца без эффекта радиационных потерь и паразитной проводимости. Для головы человека волос, плотность характеризуется весом несколько прядей волос и измерения их объема, и измеряется на высоте 1100 кг / м 3. Удельная теплоемкость измеряется с помощью DSC (дифференциальной сканирующей калориметрии) и измеряется в 1,602 кДж / кг К. Таким образом, реальный коэффициент теплопроводности составляет 0,25 Вт / м К. Детали экспериментальных параметров и результатов для образца человеческая голова волос 1 и 2 приведены в таблице 1. <img alt="Рисунок 1" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/51144/51144fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51144/51144fig1.jpg" width="500px" /> Рисунок 1. А) Схема установки эксперимента ТЕТ и Б) типичный V-т профиль. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51144/51144fig1highres.jpg" target="_blank">C</a><html> лизать здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение. <img alt="Рисунок 2" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/51144/51144fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51144/51144fig2.jpg" width="500px" /> Рисунок 2. Разница между Т * и его приближении, используя уравнение 9. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51144/51144fig2highres.jpg" target="_blank">Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение</a> . <img alt="Рисунок 3" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/51144/51144fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51144/51144fig3.jpg" width="500px" /> Рисунок 3. Сравнение экспериментальных данных и теоретических фитинга результате для нормированного повышения температуры в зависимости от времени (образец человеческая голова волос 1).&gt; Нажмите сюда, чтобы посмотреть увеличенное изображение. <img alt="Рисунок 4" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/51144/51144fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51144/51144fig4.jpg" width="500px" /> Рисунок 4. Типичный РЭМ изображение волос головы человека. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51144/51144fig4highres.jpg" target="_blank">Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение</a> . <img alt="Рисунок 5" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/51144/51144fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51144/51144fig5.jpg" width="500px" /> Рисунок 5. Установочные результаты для изменения температуропроводности против 1 / R для образца человеческая голова волос 1 и 2. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51144/51144fig5highres.jpg" target="_blank">Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение</a> . <p class="jove_content" fo:keep-together.wiтонкий страницах = &quot;всегда&quot;&gt; <img alt="Рисунок 6" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/51144/51144fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51144/51144fig6.jpg" width="600px" /> Рисунок 6. Фитинг результат для реальной температуропроводности образцов человека голова волос. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51144/51144fig6highres.jpg" target="_blank">Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение</a> . <table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="473"><colgroup><col /><col /><col /></colgroup><tbody><tr height="52"><td height="52" style="height:52px;width:249px;"> Образцы Волосы на голове человека </td><td style="width:111px;"> Образец 1 (Короткая) </td><td style="width:115px;"> Образец 2 (Длинный) </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> Длина (мм) </td><td> 0.788 </td><td style="width:115px;"> 1.468 </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> Диаметр (мм) </td><td> 74.0 </td><td style="width:115px;"> 77.8 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;"> α реальном + излучение (х 10 -7 м 2 / с) </td><td> 1.48 </td><td style="width:115px;"> 1.62 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;"> α реального (х 10 -7 м 2 / с) </td><td colspan="2"> 1.42 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;"> ρ с р (х 10 6 Дж / ​​м 3 К) </td><td colspan="2"> 1.76 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;"> Настоящее теплопроводность (Вт / м К) </td><td colspan="2"> 0.25 </td></tr></tbody></table> Таблица 1: Информация о экспериментальных параметров и результатов для человеческой головы волос.

ТЕТ (переходный электро-тепловой) метод является эффективным подход, разработанный для измерения температуропроводности твердых материалов.

The TET (transient electro-thermal) technique is an effective approach developed to measure the thermal diffusivity of solid materials, including ...

Общая цель данного видео — познакомить с методом переходного электротермического анализа. Этот метод является эффективным способом точного измерения температуропроводности твердых материалов. Для начала измерения образец подвешивают между двумя медными электродами.Серебряная паста наносится на контактную область электрода образца для снижения термического и электрического сопротивления контактов до пренебрежимо малого уровня. Затем весь образец помещается в вакуумную камеру для уменьшения теплопередачи в воздух. Во время измерения через образец пропускается ступенчатый ток для инициации джоулева нагрева.Временной профиль индуцированного напряжения будет зарегистрирован с помощью осциллографа. Более высокая температуропроводность образца приведет к более быстрому изменению температуры, что означает сокращение времени достижения стационарного состояния. Следовательно, это переходное изменение напряжения в зависимости от температуры может быть использовано для определения температуропроводности.Теоретическая аппроксимация нормированного экспериментального повышения температуры проводится с использованием различных пробных значений температуропроводности образца. Значение, обеспечивающее наилучшее соответствие экспериментальным данным, принимается в качестве теплофизической характеристики образцов. Подробное теоретическое обоснование приведено в рукописи.Методы TD обладают несколькими преимуществами по сравнению с методами, которые использовались ранее. Во-первых, они расширяют спектр измеряемых материалов. Теперь можно проводить измерения как проводящих, так и непроводящих материалов.Во-вторых, это значительно повышает экологическую точность и стабильность. Наш аспирант, Juan Lin, продемонстрирует процедуру в данной работе. Для демонстрации подготовки эксперимента и обработки экспериментальных данных используются образцы волос с головы здоровой женщины 30 лет.Сначала закрепите образец между двумя медными электродами. Затем в области контакта электрода с образцом нанесите серебряную пасту, чтобы снизить термическое и электрическое переходные сопротивления до незначительного уровня. После этого с помощью микроскопа проведите предварительный осмотр образца.Необходимо убедиться, что серебряная паста не загрязнила подвешенный образец, стекая ниже по длине волоса. Если волос будет загрязнен серебряной пастой, его тепловые свойства существенно изменятся. При обнаружении любых загрязнений для эксперимента необходимо подготовить новый образец.Поскольку образцы волос человека не являются электропроводящими, на внешнюю поверхность образца наносится очень тонкий слой золотой пленки толщиной около 40 нанометров для обеспечения электропроводности. Влияние золотого слоя на температуропроводность будет вычтено из конечного результата. При обработке экспериментальных данных поместите образец в вакуумную камеру и откачайте воздух до уровня от одного до трех миллиторр, чтобы эффекты газовой теплопроводности стали пренебрежимо малыми.Затем через образец пропускают ступенчатый ток постоянного тока для создания электрического нагрева. Осциллограф регистрирует временной профиль наведенного напряжения. В завершение.Для определения длины и диаметра образцов будет использован сканирующий электронный микроскоп. Теоретическая аппроксимация нормированного экспериментального повышения температуры проводится с использованием различных пробных значений коэффициента температуропроводности образца. Значение, обеспечивающее наилучшее соответствие экспериментальным данным, принимается в качестве теплового свойства образцов человеческих волос на голове.Два образца были дважды покрыты золотой пленкой и протестированы соответственно. Мы получили четыре эффективных значения температуропроводности, и из уравнения 12 в рукописи известно, что покрытие образца золотой пленкой изменит только сопротивление.Точка пересечения аппроксимирующей кривой с осью температуропроводности представляет собой значение эффективной температуропроводности при бесконечном сопротивлении, что означает отсутствие влияния золотого слоя. Сопоставив эти две точки, можно выявить зависимость между истинной температуропроводностью, с учетом эффекта излучения, и величиной L², деленной на D. Мы проводим линейную экстраполяцию до точки, где L равно нулю, что означает отсутствие эффекта излучения; температурапроводность в этой точке составляет 1,42 × 10⁻⁷ m²/s.Это значение отражает температуропроводность образца без учета эффекта излучения под воздействием золотого покрытия. Истинную теплопроводность можно легко рассчитать по этому уравнению, если известны плотность и удельная теплоемкость. Метод TD является очень эффективным и надежным подходом к измерению совокупных физических свойств материалов, что подтверждается использованием двух разных длин одного и того же материала.Наконец, можно измерить суммарную проводимость и некоторый коэффициент диффузии. Также можно определить эффективность поверхности, если известны плотность и удельная теплоемкость материала.

characterization-thermal-transport-one-dimensional-solid

Research

JoVE Journal

Engineering

Инженерия

Мы описываем использование микротермопар для оценки локальных градиентов температуры в устойчивом пламени диффузии ламинарного пограничного слоя. Расширяя аналогию Рейнольдса, локальные градиенты температуры могут быть дополнительно использованы для оценки локальных скоростей массового горения и тепловых потоков в таком пламени с высокой точностью.

Экспериментальная методика оценки тепловых потоков и локальной скорости горения в установившемся ламинарном пограничном слое диффузионных пламен

В статье описан протокол моделирования профилей переходных температур и связанного пространственно-временного изменения давления внутритканевой жидкости после нагрева, выдаваемого системой дипольной радиочастотной гипертермии. Протокол может быть использован для оценки реакции биофизических параметров, характеризующих микроокружение опухоли, на методы интервенционной гипертермии.

Подход к вычислительному моделированию для исследования влияния гипертермии на микроокружение опухоли

В данной работе рассматривается проблема повышения температуры кольцевого основного блока путем создания упрощенной модели и проведения сравнительного анализа в двух модулях решения температурных полей.

Сравнительное исследование моделирования повышения температуры в кольцевом основном блоке

В этой статье представлен метод термоотражения в частотной области (FDTR) для локальной неразрушающей тепловой характеристики и визуализации.

Метод термоотражения в частотной области для измерений тепловых свойств

Ионно-литиевые батареи используют горючие и летучие органические электролиты, которые подходят для температурах окружающей среды. Безопаснее, чем с органическими электролитами являются твердые полимерные батареи. Твердые полимерные батареи безопасно работать при высоких температурах (&gt; 120 ° C), что делает их применимыми для высокотемпературных применений, таких как глубоководное бурение нефти и гибридных электрических транспортных средств. В этом документе рассматриваются (а) синтеза...

Твердотельные привитой сополимер электролитов для литиевых аккумуляторов Приложения

Мы представляем уникальную платформу для характеристики поверхности электродов в твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), что позволяет одновременное выполнение нескольких методов характеристика...

Исследование и картирование поверхности электродов в ТОТЭ

Описано использование электронно-канальной контрастной визуализации в сканирующем электронном микроскопе для характеристики дефектов в гетероэкспитакиальных тонких пленках III-V/Si. Этот метод дает результаты, аналогичные просвечивающей электронной микроскопии, но за значительно меньшее время из-за отсутствия необходимой пробоподготовки.

Электрон Ченнелинг Контрастность изображений для быстрого III-V гетероэпитаксиального Характеристика

Оптические, электрические и структурные свойства дислокаций и границ зерен в полупроводниковых материалах могут быть определены с помощью экспериментов, выполненных в сканирующем электронном микроскопе. Электронная микроскопия использовалась для исследования катодолюминесценции, тока, индуцированного электронным пучком, и дифракции обратно рассеянных электронов.

Исчерпывающая характеристика протяженных дефектов в полупроводниковых материалах на растровом электронном микроскопе

Европий thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) имеет оптическую линию люминесценции при 612 нм, чья эффективность активации сильно уменьшается с ростом температуры. Если образец, покрытый тонкой пленкой из этого материала микро-, изображаемый нм интенсивность люминесцентного отклика 612 может быть преобразован в прямую карту температуры поверхности образца.

Высокое разрешение Тепловых Micro-изображения с помощью европия хелата Люминесцентных Coatings

В настоящем документе представлен подробный способ охарактеризовать микроструктуру ультра-мелкозернистых и нанокристаллических материалов с использованием сканирующего электронного микроскопа, оснащенного стандартной системой дифракции электронов обратного рассеяния. Металлические сплавы и минералы, представляющие рафинированные микроструктуры анализируются с помощью этой техники, показывая разнообразие его возможных применений.

Характеристика Ультра мелкозернистый и нанокристаллических материалов с помощью просвечивающей Кикучи дифракции

Изучите метод транзиентной электротермической техники для измерения теплопроводности твёрдых материалов. Этот подход позволяет исследовать как проводящие, так и непроводящие образцы с высокой точностью.

Характеристика теплового транспорта в одномерных твердых материалов

Больше видео