TET (geçici elektro-termal) tekniği katı maddelerin termal yayılma ölçmek amacıyla geliştirilmiş bir etkili bir yaklaşımdır.
TET (geçici elektro-termal) tekniği, iletken veya yarı-iletken, iletken olmayan bir tek boyutlu yapılar dahil olmak üzere, katı maddelerin termal yayılma ölçmek için geliştirilmiş bir etkili bir yaklaşımdır. Bu teknik malzemelerin (iletken ve iletken olmayan) ölçümü kapsamını genişletmekte ve doğruluğunu ve kararlılığını geliştirir. Örnek (örneğin, insan kafa saç, örümcek ipek ve ipek böceği ipek gibi, özellikle biyo-malzemeler,) iletken değil ise, elektronik olarak iletken yapmak için bir altın tabakası ile kaplanmış olacaktır. Parazit iletim ve termal yayıcılığına ışımasal zararların etkisi veri işleme sırasında çıkartılabilir. Daha sonra gerçek ısı iletkenliği kalibrasyon, temassız fotoğraf tekniği ya da ayrı ayrı termal yoğunluğu ve belli bir ısı ölçüm temin edilebilir hacim bazlı spesifik ısı (p ˘ gunluk olmak üzere), ve belirli bir değeri ile hesaplanabilir. Bu çalışmada, insan başı saç örnekleri kullanımı vardır, deney kurmak deneysel verilerin işlenmesi ve parazit iletim ve ışıma kayıpları etkisini çıkarmak için nasıl göstermek d.
TET teknik 1, iletken veya yarı-iletken, iletken olmayan bir tek boyutlu yapılar dahil olmak üzere, katı maddelerin termal yayılma ölçmek için geliştirilmiş bir etkili bir yaklaşımdır. Geçmişte, tek telli 3ω yöntemi 2-4 ile mikro imal edilmiş cihaz, yöntem 5-9 mikro / nano tek boyutlu yapıların termal özelliklerini ölçmek üzere geliştirilmiştir. Malzeme (iletken ve iletken olmayan) ölçüm kapsamını genişletmek ve doğruluk ve stabilitesini geliştirmek amacıyla, geçici elektro-termal (TET) tekniği mikro / nano teller termofiziksel özellikleri karakterizasyonu için geliştirilmiştir. Bu teknik, serbest duran mikrometre kalınlığında Poli (3-hexylthiophene) filmlerin 10 termal karakterizasyonu için başarıyla kullanılmaktadır, anatazdır TiO2 nanolifler 11, tek duvar karbon nanotüpler, 1 mikro / submicroscale poli oluşan ince filmlerakrilonitril telleri 12 ve protein lifleri. Ve ışıma kayıpları (örnek elektronik olarak iletken yapmak için bir altın tabakası ile kaplı olduğu takdirde) parazit iletim etkisini ortadan kaldırılmasından sonra, gerçek termal yayıcılık elde edilebilir. Daha sonra gerçek ısı iletkenliği kalibrasyon, temassız verilmedi termal tekniği veya ayrı olarak yoğunluk ve belirli ısı ölçüm temin edilebilir hacim bazlı spesifik ısı (˘ gunluk olmak üzere p), belirli bir değeri ile hesaplanabilir.
Deney prosedüründe, üç adım [aşama 2), 3) ve 5)] doğru termal özelliklerini karakterize başarısı için çok önemlidir. Adım 2) ve 3), çok dikkat sadece örnek-elektrot temas sırasında gümüş macun uygulayarak ödenmesi gerekmektedir. Bu gümüş macun ile askıya örnek kontamine çok kolaydır, ve bu olursa termal özellikleri artacaktır. Herhangi bir kirlenme-gümüş macun askıya örnek-olduğunu fark uygulanır veya genişletilmiş Yani eğer adım 3), dikkatlice mikroskop ile numune kontrol, yeni bir numune deney için hazırlıklı olmak gerekiyor.
Denklem 10, 11 denkleme basitleştirilmiştir, bu deney, çok düşük basınç altında (1-3 mTorr) bir vakum odası içerisinde gerçekleştirilir varsayılır, bu nedenle gaz iletim etkisi ihmal edilebilir olmasıdır. Farklı basınçlarda bir dizi test yaptıktan sonra, bu teyit olduğunu, Denklem 10, gaz yürütülmesindeiyon katsayısı h h = γp olarak basınç p ile orantılıdır. Katsayısı γ gaz molekülleri, malzeme yüzeyinin çarptıklarında enerji birleştirme / değişim katsayısı yansıtan ısı konaklama katsayısı adı verilen bir parametre ile ilgilidir. Γ olarak hesaplanabilir ξπ 2 ξ eğimidir Dρc P / (4 L 2) basınca karşı termik yayıcılığıdır. γ örnekten örneğe değişebilir. Bu gaz iletim faktörü güçlü TET karakterizasyon sırasında bölme içindeki malzeme yüzey yapısı ve mekansal etkilenebilir. Adım 5), çok düşük basınçta (1-3 mTorr'dur) de deney yaparak bu karmaşık gaz iletim etkisi ihmal edilebilir olduğundan emin olun.
Bu teknikle ölçülen numunelerin yüzey yayım (ε) da wi hesaplanabilirKalibrasyon temin edilebilir hacim bazlı spesifik ısı (˘ gunluk olmak üzere p), temassız Fototermal tekniği 13-15 ya da ayrı ayrı yoğunluğunu ve belirli ısı ölçüm Verilen değer inci. Parazit iletim etkisini çıkarılarak sonra, Şekil 6'da gösterilen termik yayıcılığı (α + gerçek rad), sadece, ışıma kayıplarının etkisi . Bunu bilmek kolay:
(13)
Burada T 0, oda sıcaklığı, L test edilen numunelerin çapı ve D numunenin çapıdır.
TET tekniğin çeşitli sınırlamalar vardır. İlk olarak, th için karakteristik zaman Dt cErmal ulaşım 0,2026 L 2/1 'e eşittir α örnek, olarak, yükselme süresi akım kaynağı (yaklaşık 2 mikro-saniye)' den daha büyük olması gerekir. Aksi takdirde, gerilim evrim doğruluğu önemli ölçüde etkilenecektir. Yani örnek uzunluğu L gerektiği çok büyük değil, çok küçük ya da ısıl yayınım α olmamalıdır gerektirir. İkinci olarak, numunenin sıcaklığı deneyde yaklaşık 20-30 ° yükselecektir. Bu aralık içinde, numunenin direncinin sıcaklığına kadar doğrusal bir ilişki olmalıdır. Teorik arka kısmında, bu ölçülen voltaj değişimi, numunenin sıcaklığı değiştirmek için doğal olarak ilişkili olduğu bilinmektedir olmasıdır. Numunenin direnci sıcaklığa doğrusal bir ilişki yoksa, gerilim evrim sıcaklık evrim için duramaz. Üçüncü olarak, numunenin gerilim için doğrusal bir ilişki olmalıdırDeney sırasında beslenen DC akımı. Bu, belirli bir sıcaklıkta, direnç DC akım değişiklikleri değişmez anlamına gelir. Biliyorsunuz yarı iletkenler bu özellik yok olduğu bilinmektedir.
Sonuç olarak, TET teknik malzemelerin çeşitli termal özelliklerini ölçmek için çok etkili ve güçlü bir yaklaşımdır. Aynı malzeme için, sadece her iki kez, termal yayılma, termal iletkenlik ve yüzey yayma (˘ gunluk olmak üzere p verilmesi halinde) gibi bir malzeme, tüm önemli termal özellikleri, karakterize edilebilir, farklı uzunlukta olan iki numuneleri test edin.
The authors have nothing to disclose.
Donanma Araştırma Bürosu (N000141210603) ve Ordu Araştırma Bürosu (W911NF1010381) bu çalışmanın destek minnettarlıkla. Ulusal Bilim Vakfı (CBET-0931290, CMMI-0926704, ve CBET-0932573) bu işin kısmi desteği de kabul edilmektedir.
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 |