Name: characterization of thermal transport in one-dimensional solid materials
Uploaded: 2014-01-26T14:00:00
Duration: 5 min 20 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Characterization of Thermal Transport in One-dimensional Solid Materials at JoVE.com

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.

1.. Deney Prosedürü <ol><li> Örnek toplayın. Bu çalışmada, insan kafası saç örnekleri 30 yaşındaki sağlıklı Asyalı kadın toplanmıştır. </li><li> Şekil 1A&#39;da gösterildiği gibi, iki elektrot arasında bakır örnek askıya alınması. Ihmal edilebilir bir seviyeye termal ve elektriksel temas dirençleri azaltmak için örnek elektrot temas sırasında gümüş macun uygulayın. </li><li> Numunenin ön kontrol yapmak ve gümüş macun askıya örnek kontamine olmadığından emin olmak için bir mikroskop kullanın. </li><li> Insan başı saç örneklerinde elektriksel olarak iletken olmayan olduğu için, kat altın film (~ 40 nm) çok ince bir tabaka ile numunenin dışındaki elektriksel olarak iletken yapmak için. </li><li> Vakum bölmesinin içindeki örnek koyun ve 1-3 mTorr için pompa. </li><li> Profil bir osiloskop kullanılarak kaydedilmiş olacak - elektrik ısıtma ve indüklenen gerilim-zaman (t V) tanıtmak için örnek üzerinden bir adım DC akım beslemek. </li&gt; <li> Altın başka bir film ince bir tabaka (~ 40 nm) ile odasının ve ceket onu dışarı örnek alın, ve tekrar 1.5 ve 1.6 adımları. </li><li> Farklı bir uzunluğa sahip yeni bir örnek hazırlayın ve tekrar 1,2-1,7 adımları. </li><li> Örneklerin (uzun ve kısa olanlar) ve bir uzunluk ve çapa karakterize etmek için, taramalı elektron mikroskobu (SEM) kullanın. </li></ol> 2. Veri İşleme İlk deney sıcaklık artışı normalize ve numunenin termal yayılma değişik test değerleri kullanarak bu teorik montaj yürütür. Bu prosedür, ayrıntılı olarak Guo çalışmaları 1 &#39;de ele alınmıştır. Daha sonra termik yayıcılığına ışınımsal iletim kayıpları ve parazit etkisini çıkarma ve ısı iletkenliğinin hesaplanması. Detaylar aşağıda verilmiştir. <ol><li> Etkin termal yayılma belirlemek TET deney bir düzeneğin şematik Şekil 1A&#39;da gösterilmiştir. Ölçümde, bir basamak akım doyurmayanumune boyunca joule ısı oluşumunu sağlamak. Şekil 1B sunulmuştur profil - gerilim-zaman uyarılan (t V) kaydetmek için bir osiloskop kullanın. Ne kadar hızlı / İki rakip işlemleri ile belirlenir sıcaklık yavaş artar: Bir joule ısıtma ve diğeri elektrotlara numuneden ısı iletim olduğunu. Numunenin bir yüksek termal yayıcılık sabit duruma ulaşmak için daha kısa bir zaman anlamına gelen daha hızlı bir ısı gelişimine yol açacaktır. Bu nedenle, geçici gerilim / ısı değişimi termal yayılma belirlemek için kullanılabilir. Numunenin termal yayılma belirlerken, gerçek bir sıcaklık artış gereklidir. Aslında, gerilim artışı göre, sadece normalize edilmiş sıcaklık artışı kullanılır. Termal yayılma ve termal iletkenlik saptanması için işlemler aşağıda açıklanmaktadır. <ol><li> Tek boyutlu ısı transferini Basitleştirmek: birlikte bir boyutta numunenin ısı aktarımını almak<html> eksenel yönde. Not: telin uzunluğu, çapından daha uzun olması gerekir. Daha fazla bilgi Guo&#39;nun çalışmalarına 1 sevk edilebilir. <ol><li> Aşağıdaki denklem kullanılarak bir tek boyutlu ısı transferi sorun için numune üzerinde (aynı zamanda tüm numune üzerine uzaysal ortalama sıcaklık olarak da bilinen T *) normalize sıcaklık artışı için çözmek: <img alt="1" fo:content-width="1.8in" height="46" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002.gif" width="260" /> (1) α ve L, numunenin termal difüzyon ve uzunluğu vardır. </li><li> Normalize osiloskop tarafından kaydedilen gerilim evrim (V tel) sıcaklık artışı ve ısı yayılımını belirlemek için uygun davranış verilerine için çözün. Kablo üzerinde gerilim ısısına ilişkin olarak: 0 &quot;/&gt; (2) R 0 numune boyunca bir akım geçen, ısıtılmadan önce numunenin direncinin ve ısı iletkenliği k. Q 0 birim hacim başına elektrikli ısıtıcı güçtür. Bu, ölçülen voltaj değişimi, numunenin sıcaklığı değiştirmek için doğal olarak ilişkili olduğu açıktır. Deneysel verilere dayalı normalize sıcaklık artışı T * T * exp exp = olarak hesaplanabilir (V tel - V 0) / (V 1 - V 0), V 0 ve V 1 genelinde ilk ve son gerilimleri nerede örnek (Şekil 1B &#39;de gösterildiği gibi). T * exp aldıktan sonra, Denklem 1 uygulayarak teorik T * hesaplamak için α farklı deneme değerleri kullanmak ve deneysel yeniden sığdırmaksults (T * exp). Programlama en küçük kareler uydurma tekniğinin uygulanmasıyla deneysel ve teorik değerleri karşılaştırmak ve numunenin termal difüzivitesinin gibi T * exp en uygun veren değerini almak için MATLAB kullanılır. </li></ol></li></ol></li><li> Radiatif kayıpları ve gaz iletim etkisini çıkarma (: Çapı, L / D, D), özellikle düşük ısı iletkenliği numuneleri için, numune çok büyük bir en boy oranına sahip olmadığını TET termal karakterizasyon sırasında ışıma kayıplarının etkisi önemli olabilir. Vakum odasının basıncı çok düşük değilse de, havaya ısı transferi belirli bir dereceye kadar bir ölçüm etkileyecektir. :, Numune yüzeyinden radyasyon ısı transfer hızı olarak ifade edilebilir <img alt="" fo:content-width="3.1in" height="29" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002_0001.gif" width="390" /> , (3) wheε yeniden numunenin etkin emisyon olan, A s yüzey alanı, yüzey sıcaklığı, T, T 0 çevre (vakum odası) sıcaklığı ve θ = T -. T 0 Çoğu durumda, θ &lt;&lt; T 0 , o zaman: <img alt="" fo:content-width="1.05in" height="23" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002_0002.gif" width="138" /> (4) Vücut soğutma kaynağına yüzey radyasyon ve gaz iletimini dönüştürerek, numune için ısı transferi yönetim denklem olur: <img alt="" fo:content-width="2.25in" height="49" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002_0003.gif" width="345" /> , (5) h gaz iletim katsayısıdır. Elektrotlar, numune çok daha büyük olan ve mükemmel ısı iletimini beri fiziksel modelinde, numune sıcaklığı oda sıcaklığı alınırkişiyi t. Θ (x, t) = T (x, t) - çünkü, sınır koşulu θ (0, t) = θ (L, t) T 0 = θ (x, 0) = 0. 5 denkleminin çözümü: <img alt="" fo:content-width="3.5in" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002_0004.gif" width="489" /> (6) Burada f olarak tanımlanır - (16 εδT 0 3 / D +4 h / D) L 2 / π 2 k, boyutsuz olan. Bu, boyutu, numunenin iki ısı kaybı miktarını göstermektedir Biot sayısının bir türüdür. X-yönünde ve ortalama sıcaklık birlikte, bu denklem entegre elde edilebilir: <img alt="" fo:content-width="3in" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002_0005.gif" width="408" /> (7) Bu nedenle, normalize aveöfke sıcaklığı: <img alt="" fo:content-width="4.2in" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image004_0005.gif" width="510px" /> (8) Α eff = α dikkatli sayısal ve matematik çalışmada, sonra (1 - f), T * olarak yaklaşılır edilebilir <img alt="" fo:content-width="2.2in" height="48" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image008.gif" width="288" /> (9) Sayısal hesaplamalar yukarıdaki yaklaşım doğruluğunu incelemek için yapılmıştır. F, 0 daha düşük olduğu zaman, lütfen unutmayın, bütün geçici halde maksimum mutlak fark (Şekil 2&#39;de gösterilen) en az 0.014 olan. Nihayet: <img alt="" fo:content-width="1.7in" height="50" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image010.gif" width="218" /> (10) Deney, çok düşük basınç altında (1-3 mTorr) de vakum odası içerisinde gerçekleştirilir için, gaz iletim etkisi (h) ihmal edilebilir düzeyde olduğu<html> ble. : Yani Denklemi 10 olarak basitleştirmek <img alt="" fo:content-width="1.4in" height="49" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image012.gif" width="173" /> (11) Bu denklem TET tekniği kullanılarak ölçüldü termik yayıcılık ışıma kayıpları (4 εσT 0 3) etkisi ile doğrusal bir ilişki olduğunu gösterir. Radiatif kayıpları ve gaz iletim etkisini çıkarmak için böyle teorik bir arka plan kullanın. </li><li> Gerçek termal yayılma ve iletkenliği belirlemek Test edilen örnek bir ince altın film ile kaplanmış ise, Denklem 11 &#39;de belirlenmiş termik yayıcılık (α) yine asalak iletim etkisine sahiptir. Kaplanmış tabaka neden termal taşıma etkisi ihmal belirsizlikle Wiedemann-Franz kanunu kullanılarak çıkartılabilir. Numunenin gerçek termal yayıcılık (α) 1 olarak belirlenir: &quot;Height =&quot; 47 &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002_0006.gif .1 &quot;width =&quot; 134 &quot;/&gt; (12) ˘ gunluk olmak üzere p. L Lorenz, T ve A Lorenz sayı, numunenin sıcaklık ve kesit alanı olan kalibrasyon, temassız foto-termal tekniği ya da ayrı ayrı yoğunluğu ve özgül ısı ölçüm elde edilebilir hacim bazlı özgül ısı, bir sırasıyla. Çünkü <img alt="" fo:content-width="2.4in" height="46" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image004_0006.gif" width="343" /> , Bu deneyde, iki kez (1 / R bir değişikliğe neden olur), altın bir film ile bir örnek kaplama ve iki kez de test ederek parazit iletim etkisini ortadan kaldırabilir, böylece α eff, 1 / R ile doğrusal bir ilişki olduğu açıktır eğri uydurma. Gerçek termal iletkenlik k için, kolayca k = ˘ gunluk olmak üzere p kullanılarak değerlendirilebilir45;. </li></ol>

<ol>
	<li>Guo, J. Q., Wang, X. W., Wang, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+characterization+of+microscale+conductive+and+nonconductive+wires+using+transient+electrothermal+technique.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=3+omega+method+for+specific+heat+and+thermal+conductivity+measurements.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+thermal+conductivity+of+individual+carbon+nanotubes+by+the+four-point+three-omega+method.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+characterization+of+single-wall+carbon+nanotube+bundles+using+the+self-heating+3-omega+technique.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+transport+measurements+of+individual+multiwalled+nanotubes.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mesoscopic+thermal+transport+and+energy+dissipation+in+carbon+nanotubes.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+thermal+and+thermoelectric+properties+of+one-dimensional+nanostructures+using+a+microfabricated+device.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+conductivity+of+individual+silicon+nanowires.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+conductivities+of+individual+tin+dioxide+nanobelts.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermophysical+properties+of+free-standing+micrometer-thick+Poly+(3-hexylthiophene)+films.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermo-physical+properties+of+thin+films+composed+of+anatase+TiO2+nanofibers.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transient+thermal+characterization+of+micro/submicroscale+polyacrylonitrile+wires.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generalized+theory+of+the+photoacoustic+effect+in+a+multilayer+material.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photo-acoustic+measurement+of+thermal+conductivity+of+thin+films+and+bulk+materials.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+zirconium(IV)+propoxide+concentration+on+the+thermophysical+properties+of+hybrid+organic-inorganic+films.">Effect of zirconium(IV) propoxide concentration on the thermophysical properties of hybrid organic-inorganic films.</a> J. Appl. Phys. 104, (2008).</li></ol>

Ifşa hiçbir şey yok.

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&#39;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&#39;da gösterilen termik yayıcılığı (α + gerçek rad), sadece, ışıma kayıplarının etkisi <img alt="" fo:content-width="2in" height="60" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image002_0011.gif" width="342" /> . Bunu bilmek kolay: <img alt="" fo:content-width="1.7in" height="59" src="/files/ftp_upload/51144/51144_clip_image004_0010.gif" width="244" /> (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 &#39;e eşittir α örnek, olarak, yükselme süresi akım kaynağı (yaklaşık 2 mikro-saniye)&#39; 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.

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.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="985">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">Digital Phosphor Oscilloscope</td>
			<td style="width:275px;">Tektronix</td>
			<td style="width:119px;">DPO 3052</td>
			<td style="width:331px;"> </td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">Sputter Coater</td>
			<td style="width:275px;">Denton Vacuum</td>
			<td style="width:119px;">DESK V</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">AC and DC Current Source</td>
			<td style="width:275px;">KEITHLEY</td>
			<td style="width:119px;">Model 6221</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">Laboratory Microscope</td>
			<td style="width:275px;">Olympus</td>
			<td style="width:119px;">BX41</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="27">
			<td height="27" style="height:27px;width:260px;">Dual Stage Rotary Vane Vacuum Pump</td>
			<td style="width:275px;">Varian</td>
			<td style="width:119px;">DS102</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="71">
			<td height="71" style="height:71px;width:260px;">Vacuum Chamber</td>
			<td style="width:275px;">Huntington Mechanical Laboratories</td>
			<td style="width:119px;">Customized Product</td>
			<td style="width:331px;">The pressure in the chamber should be as low as 1-3 mTorr 
			when working with the vacuum pump</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:260px;">Colloidal Silver Liquid</td>
			<td style="width:275px;">Ted Pella</td>
			<td style="width:119px;">16031</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

characterization of thermal transport in one-dimensional solid materials

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.

Insan saçlı örnek 1 için deney verilerinin Montajı (sadece bir kez altın film ile kaplanmış uzunluğu 0.788 mm) Şekil 3 &#39;de gösterilmiştir. Onun ısıl yayınım radiatif kayıpları ve parazit iletim etkisini içeren 1.67 x 10 -7 m 2 / sn, belirlenir. 4 insan saçlı tipik SEM görüntü anlamaya. Şekil 5&#39;te gösterildiği gibi, kısa hem de uzun örnekleri Denklem 12 göre, sırasıyla iki kez, iki kez altın film ile kaplanmıştır ve test edilir, parazitik iletim etkisi kolayca eğri vasıtasıyla çıkartılabilir. Eğri α eff-ekseni ile kesişen noktası α eff değeri Direnç, yani sonsuz olduğunda, Denklem 12 parazit geçirici etkisi 0&#39;dır. Farklı uzunluklarda iki insan başı saç örnekleri iki intersects elde etmek için ölçülür. Exp hakkında detaylarerimental koşulları ve ölçüm sonuçları Tablo 1 &#39;de özetlenmiştir. Bu iki noktayı birleştiren, α eff arasındaki ilişki ve L 2 / D ortaya çıkabilmektedir. (1 α, L 1 2 / D 1) ve (α 2, L 2 2 / D 2), doğrusal ekstrapolasyon (Şekil 6&#39;da gösterildiği gibi) = 0 L noktasına yapılır (yani hiçbir ölçülen çiftlerinden bu noktada ışıma zararların etkisi) ve termik yayıcılık 1.42 x 10 -7 m 2 / sn &#39;[= α 1 - (α 1 - α 2) * L 1 2 / D 1 / (1 ​​L 2 / D 1 - L 2 2 / D 2)]. Bu değer, termal dif yansıtır, radyasyon zararı ve parazit iletim etkisi olmadan numunenin fusivity. Insan başı saç için, yoğunluk saç birkaç ipliklerini ağırlık ve hacmini ölçerek karakterizedir ve / m 3 1,100 kg ölçülür. Özgül ısı DSC (Diferansiyel Taramalı Kalorimetre) kullanılarak ölçülür ve So gerçek ısı iletkenliği 0.25 W / deneysel parametreleri ve insan kafası saç numunesi için 1 sonuç m K. olduğunu Detaylar ve 2 olan 1,602 kJ / kg K. ölçülür Tablo 1 &#39;de gösterilmektedir. <img alt="Şekil 1" fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/51144/51144fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51144/51144fig1.jpg" width="500px" /> Şekil 1. TET deneme kurulumu A) şematik ve B) tipik bir V-t profili. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/51144/51144fig1highres.jpg" target="_blank">C</a><html> Daha büyük resmi görmek için buraya yalamak. <img alt="Şekil 2," fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/51144/51144fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51144/51144fig2.jpg" width="500px" /> Şekil 2. Eşitlik 9 kullanılarak T * ve yaklaşım arasındaki fark. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/51144/51144fig2highres.jpg" target="_blank">resmi büyütmek için buraya tıklayın</a> . <img alt="Şekil 3," fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/51144/51144fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51144/51144fig3.jpg" width="500px" /> Şekil 3,. Zaman (insan kafası saç örneği 1) karşı normalize sıcaklık artışı için deneysel veriler ve teorik uydurma sonucu karşılaştırılması.&gt; Daha büyük resim görmek için buraya tıklayın. <img alt="Şekil 4," fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/51144/51144fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51144/51144fig4.jpg" width="500px" /> Şekil 4. Insan saçlı tipik SEM görüntüsü. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/51144/51144fig4highres.jpg" target="_blank">resmi büyütmek için buraya tıklayın</a> . <img alt="Şekil 5," fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/51144/51144fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51144/51144fig5.jpg" width="500px" /> Şekil 5,. Insan kafası saç numunesi 1 ve 2 için 1 / R karşı ısıl yayınım değişikliği için uygun sonuçlar. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/51144/51144fig5highres.jpg" target="_blank">resmi büyütmek için buraya tıklayın</a> . <p class="jove_content" fo:keep-together.wiince-page = &quot;Her zaman&quot;&gt; <img alt="Şekil 6," fo:content-width="6in" fo:src="/files/ftp_upload/51144/51144fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51144/51144fig6.jpg" width="600px" /> Şekil 6,. Insan başı saç örneklerinin gerçek termal difüzivitesinin için uydurma sonucu. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/51144/51144fig6highres.jpg" target="_blank">resmi büyütmek için buraya tıklayın</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;"> Insan kafası saç örnekleri </td><td style="width:111px;"> Örnek 1 (Kısa) </td><td style="width:115px;"> Örnek 2 (Uzun) </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> Uzunluk (mm) </td><td> 0,788 </td><td style="width:115px;"> 1.468 </td></tr><tr height="21"><td height="21" style="height:21px;"> Çap (mm) </td><td> 74.0 </td><td style="width:115px;"> 77.8 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;"> α gerçek + radyasyon (x 10 -7 m 2 / sn) </td><td> 1.48 </td><td style="width:115px;"> 1.62 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;"> α reel (x 10 -7 m 2 / sn) </td><td colspan="2"> 1.42 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;"> ρ c p (x 10 6 J / m 3 K) </td><td colspan="2"> 1.76 </td></tr><tr height="25"><td height="25" style="height:25px;"> Gerçek termal iletkenlik (W / m K) </td><td colspan="2"> 0.25 </td></tr></tbody></table> Tablo 1: insan kafası saç için deneysel parametreleri ve sonuçları detayları.

Watch this Scientific Journal Video about Characterization of Thermal Transport in One-dimensional Solid Materials at JoVE.com

Characterization of Thermal Transport in One-dimensional Solid Materials

TET (geçici elektro-termal) tekniği katı maddelerin termal yayılma ölçmek amacıyla geliştirilmiş bir etkili bir yaklaşımdır.

Tek boyutlu Katı Malzemelerin Termal Ulaştırma Karakterizasyonu

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

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Engineering

Unit 1

Motion Along a Straight Line

SCIENTISTS IN ACTION

Solid-state Graft Copolymer Electrolytes for Lithium Battery Applications

Lityum Pil Uygulamaları için solid-state Greft Kopolimer Elektrolit

Battery safety has been a very important research area over the past decade. Commercially available lithium ion batteries employ low flash point (&lt;80 ...

Probing and Mapping Electrode Surfaces in Solid Oxide Fuel Cells

Katı Oksit Yakıt Hücreleri Elektrot Yüzeyler Sondalama ve Haritalama

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are potentially the most efficient and cost-effective solution to utilization of a wide variety of fuels beyond hydrogen ...

Characterization of Electrode Materials for Lithium Ion and Sodium Ion Batteries Using Synchrotron Radiation Techniques

Sinkrotron Radyasyon Teknikleri Kullanarak Lityum İyon ve Sodyum iyon piller için elektrot Malzemelerin Karakterizasyonu

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. ...

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Printing Fabrication of Bulk Heterojunction Solar Cells and In Situ Morphology Characterization

Toplu Heterojonksiyonlar Solar Hücre Baskı İmalatı ve<em&gt; In Situ</em&gt; Morfoloji Karakterizasyonu

Polymer-based materials hold promise as low-cost, flexible efficient photovoltaic devices. Most laboratory efforts to achieve high performance devices ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

Bir Tarama Elektron Mikroskobu tarafından Yarıiletken Malzemelerin Genişletilmiş Kusur Kapsamlı Karakterizasyonu

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

High-resolution Thermal Micro-imaging Using Europium Chelate Luminescent Coatings

Öropiyum Şelat Lüminesans Kaplamaları Kullanma yüksek çözünürlüklü Termal Mikro görüntüleme

Micro-electronic devices often undergo significant self-heating when biased to their typical operating conditions. This paper describes a convenient ...

Characterization of Ultra-fine Grained and Nanocrystalline Materials Using Transmission Kikuchi Diffraction

İletim Kikuchi difraksiyonu kullanılarak ultra-ince taneli ve Nanokristal Malzemelerin Karakterizasyonu

One of the challenges in microstructure analysis nowadays resides in the reliable and accurate characterization of ultra-fine grained (UFG) and ...

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

A Novel Method for In Situ Electromechanical Characterization of Nanoscale Specimens

Için yeni bir yöntem<em&gt; Yerinde</emNanoscale Örneklerinin Elektromekanik Karakterizasyonu

Electrically assisted deformation (EAD) is increasingly being used to improve the formability of metals during processes such as sheet metal rolling and ...

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

LiPON tabanlı katı hal lityum-iyon Nanobatteries in Situ test etmek için odaklı iyon kiriş imalatı

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of ...

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Electric-field Control of Electronic States in WS2 Nanodevices by Electrolyte Gating

Elektrik alanı kontrol elektronik elektrolit çoğunluğuna tarafından WS2 Nanodevices durumlarda

A method of carrier number control by electrolyte gating is demonstrated. We have obtained WS2 thin flakes with atomically flat surface via scotch tape ...