一维纳米结构热物性测试平台的搭建及单根碳纳米管导热系数的实验测量

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随着电子器件的特征尺寸不断减小,器件中的热流密度越来越大,寻找到能够有效传热的材料就显得越来越重要。在人们的不断努力下,已经有很多新型材料被发现,如石墨烯、碳纳米管等纳米结构,随后人们对这些纳米结构的热学性质进行了深入的研究。  悬空微器件法广泛应用于一维纳米结构导热系数的实验测量中,该方法由P.Kim提出,通过悬空微器件来测量单根一维纳米结构的导热系数。本文基于悬空微器件法搭建了一维纳米结构热物性测试平台,测试精度可达到~10 pW/K。同时还搭建了电化学刻蚀平台和微操纵平台,利用电化学腐蚀的方法制备出实验中所需的针尖,通过该针尖将试样搭接在悬空微器件的热源和热沉之间。  比较了计算铂电阻温度计的电阻温度系数的不同方法。结果表明,铂电阻温度计的杂质浓度较高,Bloch-Grüneisen(BG)公式拟合由于电子-声子散射和电子-杂质散射间的干涉(EPI)及其他的影响拟合的误差较大,带有EPI修正的BG拟合在低温不能提高电阻温度系数估计值的精度。高次多项式拟合除了在温度范围的边界,也能得到很好的结果。由于测得的电阻随机误差足够小,简单的数值微分也能得到精确的电阻温度系数。  测量了不同直径的单根多壁碳纳米管的导热系数,得出碳纳米管的导热系数随着直径的减小而增加。测量碳纳米管的拉曼光谱以研究碳纳米管的质量,得到D峰值与G峰值的比为0.8,远高于高质量的碳纳米管的相应值0.02,表明碳纳米管试样存在缺陷。通过改变碳纳米管悬空长度的实验方法消除接触热阻的影响,得到碳纳米管的本征导热系数。实验结果表明,碳纳米管的本征导热系数远高于没有消除接触热阻影响得到的有效导热系数。
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