TET (क्षणिक विद्युत थर्मल) तकनीक ठोस सामग्री का थर्मल diffusivity मापने के लिए विकसित एक प्रभावी तरीका है.
TET (क्षणिक विद्युत थर्मल) तकनीक, प्रवाहकीय अर्द्ध प्रवाहकीय या nonconductive एक आयामी संरचना सहित ठोस सामग्री का थर्मल diffusivity, मापने के लिए विकसित एक प्रभावी तरीका है. इस तकनीक सामग्री (प्रवाहकीय और nonconductive) की माप के दायरे broadens और सटीकता और स्थिरता में सुधार. नमूना (जैसे मानव सिर के बाल, मकड़ी सिल्क, और रेशमकीट रेशम के रूप में विशेष रूप से biomaterials,) प्रवाहकीय नहीं है, तो उसे यह इलेक्ट्रॉनिक प्रवाहकीय बनाने के लिए एक सोने की परत के साथ लेपित किया जाएगा. परजीवी चालन और थर्मल diffusivity पर विकिरण नुकसान का प्रभाव डाटा प्रोसेसिंग के दौरान घटाया जा सकता है. तो असली थर्मल चालकता अंशांकन, noncontact फोटो थर्मल तकनीक या अलग घनत्व और विशिष्ट गर्मी मापने से प्राप्त किया जा सकता है, जो मात्रा के आधार पर विशिष्ट गर्मी (ρc पी), के दिए गए मान के साथ की गणना की जा सकती है. इस काम में, मानव सिर बाल नमूने का उपयोग कर रहे हैंप्रयोग की स्थापना की प्रयोगात्मक डेटा की प्रक्रिया, और परजीवी चालन और विकिरण नुकसान का प्रभाव घटाने के लिए कैसे दिखाने के लिए डी.
TET तकनीक 1, प्रवाहकीय अर्द्ध प्रवाहकीय या nonconductive एक आयामी संरचना सहित ठोस सामग्री का थर्मल diffusivity, मापने के लिए विकसित एक प्रभावी तरीका है. अतीत में, एकल तार 3ω विधि 2-4 और सूक्ष्म गढ़े डिवाइस विधि 5-9 माइक्रो / नैनो पैमाने पर एक आयामी संरचना के तापीय गुणों को मापने के लिए विकसित किया गया है. सामग्री (प्रवाहकीय और nonconductive) की माप के दायरे को व्यापक बनाने और सटीकता और स्थिरता में सुधार करने के लिए, क्षणिक विद्युत थर्मल (TET) तकनीक माइक्रो / nanoscale के तारों की thermophysical गुणों के लक्षण वर्णन के लिए विकसित किया गया है. इस तकनीक को मुक्त खड़े सुक्ष्ममापी मोटी पाली (3 hexylthiophene) फिल्मों की 10 थर्मल लक्षण वर्णन के लिए सफलतापूर्वक इस्तेमाल किया गया है, anatase TiO 2 nanofibers 11, एकल दीवार कार्बन नैनोट्यूब 1, सूक्ष्म / submicroscale पाली की रचना की पतली फिल्मोंacrylonitrile तार 12, और प्रोटीन फाइबर. और विकिरणवाला घाटा (नमूना यह इलेक्ट्रॉनिक प्रवाहकीय बनाने के लिए सोने की परत के साथ लेपित है) परजीवी चालन के प्रभाव को नष्ट करने के बाद, असली थर्मल diffusivity प्राप्त किया जा सकता है. तो असली थर्मल चालकता अंशांकन, noncontact फोटो थर्मल तकनीक, या अलग घनत्व और विशिष्ट गर्मी मापने से प्राप्त किया जा सकता है, जो मात्रा के आधार पर विशिष्ट गर्मी (ρc पी), का एक दिया मूल्य के साथ गणना की जा सकती.
प्रयोग प्रक्रिया में, तीन चरणों [चरण 2), 3) और 5)] सही थर्मल गुण निस्र्पक की सफलता के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं. चरण 2) और 3), ज्यादा ध्यान केवल नमूना इलेक्ट्रोड संपर्क में चांदी पेस्ट लगाने पर भुगतान किया जाना चाहिए. यह चांदी पेस्ट के साथ निलंबित नमूना दूषित करने के लिए बहुत आसान है, और अगर ऐसा होता है तापीय गुणों में वृद्धि होगी. किसी भी प्रदूषण चांदी पेस्ट निलंबित नमूना है गौर करने के लिए आवेदन या बढ़ाया जाता है तो अगर कदम 3) में, ध्यान से खुर्दबीन के साथ नमूना की जांच, एक नया नमूना प्रयोग के लिए तैयार रहने की जरूरत है.
समीकरण 10 11 समीकरण को सरल बनाया जाता है, यह प्रयोग बहुत कम दबाव (1-3 mTorr) में एक निर्वात चैम्बर में आयोजित किया जाता है कि ग्रहण, ताकि गैस चालन प्रभाव नगण्य है. विभिन्न दबावों में परीक्षण की एक श्रृंखला करने के बाद, यह पुष्टि की है कि, समीकरण 10, गैस आचरण मेंआयन गुणांक ज ज = γp दबाव के रूप में पी के लिए आनुपातिक है. गुणांक γ गैस के अणुओं सामग्री सतह हड़ताल जब ऊर्जा युग्मन / एक्सचेंज गुणांक दर्शाता है कि थर्मल आवास गुणांक नामक एक पैरामीटर से संबंधित है. γ के रूप में गणना की जा सकती ξπ 2 ξ की ढलान है जहां Dρc पी / (4 एल 2) दबाव के खिलाफ थर्मल diffusivity. γ नमूना नमूना से भिन्न होता है. इस गैस चालन कारक जोरदार TET लक्षण वर्णन के दौरान कक्ष में सामग्री सतह की संरचना और स्थानिक विन्यास से प्रभावित किया जा सकता है. चरण 5), बहुत कम दबाव (1-3 mTorr) पर प्रयोग आयोजित करने के लिए इस जटिल गैस चालन प्रभाव नगण्य है बनाना होगा.
इस तकनीक द्वारा मापा नमूनों की सतह उत्सर्जन (ε) भी वाई गणना की जा सकतीअंशांकन से प्राप्त किया जा सकता है, जो मात्रा के आधार पर विशिष्ट गर्मी (ρc पी), noncontact फोटो थर्मल तकनीक 13-15 या अलग घनत्व और विशिष्ट गर्मी को मापने का दिया मूल्य वें. परजीवी चालन का प्रभाव घटाने के बाद 6 चित्र में दिखाया थर्मल diffusivity (α असली + रेड) केवल विकिरणवाला घाटे का असर है . यह पता चला है कि आसान है:
(13)
यहाँ टी 0 कमरे के तापमान, एल परीक्षण नमूनों का व्यास, और डी नमूना का व्यास है.
TET तकनीक के कई सीमाएं हैं. सबसे पहले, वीं के लिए विशेषता समय Δt गErmal परिवहन 0.2026 एल 2 / α 1 के बराबर होती है, जो नमूने में, वृद्धि समय वर्तमान स्रोत के बारे में (2 μsec) से भी बड़ा होना चाहिए. अन्यथा, वोल्टेज विकास की सटीकता काफी प्रभावित हो जाएगा. तो यह नमूना लंबाई एल चाहिए बहुत बड़ा नहीं बहुत छोटा या थर्मल diffusivity α नहीं होना चाहिए कि आवश्यकता है. दूसरा, नमूना के तापमान प्रयोग में लगभग 20-30 डिग्री तक बढ़ जाएगा. इस सीमा के भीतर, नमूना के प्रतिरोध के तापमान के लिए एक रैखिक संबंध होना चाहिए. सैद्धांतिक पृष्ठभूमि के हिस्से में, यह मापा वोल्टेज परिवर्तन नमूना का तापमान परिवर्तन करने के लिए स्वाभाविक संबंधित ज्ञात है कि वह है. नमूने के प्रतिरोध के तापमान के लिए एक रैखिक संबंध नहीं है, तो वोल्टेज विकास तापमान विकास के लिए बर्दाश्त नहीं कर सकता. तीसरा, नमूना के वोल्टेज के लिए एक रैखिक संबंध होना चाहिएप्रयोग के दौरान खिलाया डीसी वर्तमान. यह एक निश्चित तापमान पर, प्रतिरोध डीसी वर्तमान परिवर्तन जब परिवर्तन नहीं होगा मतलब है. यह सर्वविदित है कि अर्धचालक इस संपत्ति नहीं है कि जाना जाता है.
अंत में, TET तकनीक सामग्री के विभिन्न प्रकार के तापीय गुणों को मापने के लिए एक बहुत प्रभावी और मजबूत दृष्टिकोण है. एक ही सामग्री के लिए, बस एक दो बार, इस तरह के थर्मल diffusivity, थर्मल चालकता, और सतह उत्सर्जन (ρc P दिया जाता है) के रूप में सामग्री के सभी महत्वपूर्ण थर्मल गुण, विशेषता जा सकता है अलग लंबाई के साथ दो नमूनों का परीक्षण.
The authors have nothing to disclose.
नौसेना अनुसंधान कार्यालय (N000141210603) और सेना के अनुसंधान कार्यालय (W911NF1010381) से इस काम के समर्थन कृतज्ञता स्वीकार किया है. राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (CBET-0931290, सीएमएमआई-0926704, और CBET-0932573) से इस काम के लिए आंशिक समर्थन भी स्वीकार किया है.
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 |