TET (과도 전열) 기술은 고체 물질의 열전도도를 측정하기 위해 개발 된 효과적인 방법이다.
TET (과도 전열) 기술은, 도전성 또는 반도 전성 비도 일차원 구조를 포함한 고체 물질의 열전도도를 측정하기 위해 개발 된 효과적인 방법이다. 이 기술은 재료 (전도성 및 비전 도성)의 측정 범위를 넓게하고 정확성과 안정성을 향상시킨다. 샘플 (예 : 인간의 머리를 헤어, 거미줄과 누에 실크로 특히 생체 재료가) 도전성이 아닌 경우는 전자적 도전성 만드는 금 층으로 코팅된다. 기생 전도 및 열 확산율에 방사 손실의 효과는 데이터 처리 중에 감산 될 수있다. 그 후 실제의 열전도율은 캘리브레이션, 비접촉 광열 기술 또는 별도 밀도 및 비열 측정에서 얻을 수있다 볼륨 기반 비열 (ρc 피)의 주어진 값으로 계산 될 수있다. 이 작품에서는, 인간의 머리 머리 샘플을 사용합니다실험을 설정 실험 데이터를 처리하고, 기생 전도 및 복사 손실의 영향을 빼는 방법을 보여 D.
TET 기술 1은, 도전성 또는 반도 전성 비도 일차원 구조를 포함한 고체 물질의 열전도도를 측정하기 위해 개발 된 효과적인 방법이다. 과거에는, 단선 3ω 방법 2-4 및 마이크로 디바이스 제조 방법 5-9은 마이크로 스케일 / 나노 스케일에 한 차원 구조의 열 특성을 측정하기 위해 개발되었다. 재료 (전도성 및 비전 도성)의 측정 범위를 확대하고 정확성과 안정성을 향상시키기 위해, 과도 전열 (TET) 기술은 마이크로 / 나노 와이어의 열 물성의 특성화를 위해 개발되었다. 이 기술은 독립형 마이크로 미터 두께의 폴리 (3 – 헥 실티 오펜) 막 (10)의 열 특성에 대해 성공적으로 사용되었으며, 아나타제 형 산화 티탄이 나노 파이버 (11), 단일 벽 탄소 나노 튜브를 하나의 마이크로 / 서브 마이크로 스케일 폴리 이루어지는 박막아크릴로 니트릴 와이어 (12), 및 단백질 섬유. 및 방사 손실 (샘플이 그 전자 전도성을 만들기 위해 금의 층으로 코팅되어있는 경우) 기생 전도의 영향을 제거 후, 실제의 열전도도를 얻을 수있다. 그 후 실제의 열전도율은 캘리브레이션, 비접촉 광열 기법, 또는 별도 밀도 및 비열 측정에서 얻을 수있다 볼륨 기반 비열 (ρc의 P)의 소정의 값으로 계산 될 수있다.
실험 절차에서는 세 단계 [단계 2), 3), 5)] 정확하게 열 특성을 특성화의 성공을 위해 매우 중요합니다. 2 단계) 및 3), 많은 관심은 샘플 전극 접촉에은 페이스트를 적용에 지불해야합니다. 그것은 실버 페이스트를 일시 중단 샘플을 오염하는 것은 매우 쉽고,이 경우 열 특성은 증가 할 것이다. 어떤 오염 실버 페이스트가 일시 중단 된 샘플이 -됩니다 발견에 적용하거나 확장한다면 3 단계)에서, 조심스럽게 현미경으로 샘플을 확인, 새로운 샘플 실험을 준비해야합니다.
수학 식 10은 수학 식 11을 간략화하면, 그것은 실험이 매우 낮은 압력 (mTorr의 1-3)의 진공 챔버 내에서 실시되는 것으로, 이렇게 가스 전도 효과는 무시할 수있다. 다른 압력에서 테스트하는 일련의 일을 한 후에는 확인된다, 식 (10), 가스 행위에이온 계수 H는 H = γp 같은 압력 (P)에 비례한다. 계수 γ는 가스 분자가 재료 표면을 공격 할 때 에너지 커플 링 / 교환 계수를 반영 열 숙박 시설 계수라는 매개 변수와 관련이 있습니다. γ는 다음과 같이 계산 될 수있다 ξπ 2 ξ가의 기울기 Dρc P / (4 L 2) 압력에 대한 열확산. γ 샘플의 샘플에 따라 다릅니다. 이 가스 전도 계수 강하게 TET 특성화 동안 챔버 내의 재료의 표면 구조와 공간적 구성에 의해 영향을받을 수있다. 5 단계), 매우 낮은 압력 (1 ~ 3 mTorr로)에서 실험을 수행하기위한이 복잡한 가스 전도 효과를 무시할 수 있는지 확인합니다.
이 기술에 의해 측정 샘플 표면의 방사율 (ε)도 WI를 산출 할 수있다교정으로부터 획득 될 수있는 볼륨 기반 비열 (ρc 피), 비접촉 광열 기술 13-15 또는 개별적 밀도 및 비열을 측정 관련 값 토륨. 기생 전도 효과를 감산 한 후,도 6에 도시 된 열 확산율 (α + 실제 라드)만을 방사 손실의 효과를 갖는다 . 그것은 알고 쉽습니다 :
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여기에서 T는 0 실온 L 시험 샘플의 직경, D 및 시료의 직경이다.
TET 기술의 몇 가지 제한 사항이 있습니다. 첫째, 일에 대한 특성 시간의 Δt의 Cermal 전송 0.2026 L 2 / α 1에 해당 샘플에서, 상승 시간 전류 소스 (약 2 마이크로 초)보다 훨씬 커야한다. 그렇지 않으면, 전압 진화의 정확도는 크게 영향을받을 것이다. 그래서 샘플 길이 L이해야 너무 크지 않고 너무 작거나 열 확산율 α하지 않아야합니다. 두 번째로, 샘플의 온도는 실험에 대해 20 ~ 30 °로 상승 할 것이다. 이 범위 내에서, 샘플의 저항은 온도에 선형적인 관계를 가져야한다. 이론적 배경 부분에서,이 측정 된 전압의 변화가 샘플의 온도 변화에 본질적으로 관련이있다 알려져 있기 때문이다. 샘플의 저항은 온도에 선형적인 관계가없는 경우, 전압 진화 온도 진화 참을 수있다. 셋째, 시료의 전압에 선형 관계가 있어야실험 기간 동안 공급되는 DC 전류. 이 특정 온도에서 저항이 DC 전류가 변경 될 때 변경되지 않습니다 의미합니다. 그것은 잘 반도체는이 속성이없는 것으로 알려져있다.
결론적으로, TET 기술은 재료의 다양한 유형의 열 특성을 측정하는 매우 효율적이고 강력한 방법이다. 같은 소재의 경우, 단지 각각 두 번, 같은 열 확산율, 열전도율, 표면 방사율 (ρc (P)이 제공된 경우)와 같은 재료의 모든 중요한 열적 특성이 특징으로 할 수있는 길이가 다른 두 개의 샘플을 테스트합니다.
The authors have nothing to disclose.
해군 연구소의 사무실 (N000141210603)와 육군 조사 사무소 (W911NF1010381)에서이 작품의 지원은 기꺼이 인정 받고 있습니다. 국립 과학 재단 (CBET – 0931290, CMMI – 0,926,704 및 CBET – 0932573)에서이 작품의 부분 지원도 인정됩니다.
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 |