飞秒激光抽运探测热反射系统的仪器化研究

发布时间：2020-07-18 01:40

【摘要】：飞秒激光抽运探测热反射实验方法由于其极高的时间分辨率、空间分辨率及非接触测量方式,已经得到越来越广泛的应用。本文为推进本团队自主研发的双色光飞秒激光抽运探测热反射系统的商用仪器化,开展了一系列改进工作,包括:设计优化了光路系统使之达到了很高的集成度,使用先倍频后调制的方案取代原来的先调制后倍频方案;利用LabVIEW编写了人机交互界面,改进了仪器控制方案,采用模块化管理,增加了诸多测量功能,显著提高了实验测量的效率;使用高精度三维电控样品台实现精确聚焦光斑及选取样品被测量点,同时实现了二维扫描热成像的功能;建立了无物镜测量装置,实现了液体或粉体形式样品及界面的热物性参数测量。测量范围方面,建立了飞秒激光抽运探测热反射的低温、高温、高压的测量系统,探索了从4 K-1500 K温度范围内,常压到高压压力范围内材料热物性测量及界面热输运研究,极大地拓宽了原有测量系统的适用范围。在数据处理方法方面,本文对多层结构样品测量数据的拟合方法进行了优化,提出了两种简化分析模型,简化双层热输运模型与简化三层热输运模型。通过矩阵分析方法,对非简化模型、简化三层模型和简化双层模型进行了对比,简化分析模型均将拟合参数从多个减少到一个来实现多层结构样品的热物性测量,但是在模拟与实验研究中简化三层热输运模型表现出了更好的效果。同时将优化后的多层结构样品数据处理方法运用到了 Cu-Ti-Diamond三层结构薄膜样品界面的研究及典型导热高分子复合材料界面热导的研究。在Cu-Ti-Diamond样品中经过热处理后由于TiC梯度中间层的形成,一方面获得了较好的Cu/Diamond界面结合,另一方面由于TiC具有最大的声子平均速度,能够减弱金刚石与铜间的声学失配,同时其热膨胀系数、密度、德拜温度介于铜与金刚石之间,显著提高了Cu/Diamond界面热导。在Al/PS/SAM/Sapphire结构样品中,通过对SC-Al2O3采用NSL功能化后,aPS/SC-Al203界面热导率得到显著提高,并且发现改变界面相容可以提高热导,界面相容性越好,界面热导越大。在传感层制备工艺优化方面,本文对飞秒激光抽运探测热反射方法样品预处理中的一个关键工艺蒸镀传感层进行了探讨,在不同基底上用不同蒸镀速率蒸镀了相同厚度的铝传感层,研究发现不同蒸镀速率下飞秒激光抽运探测热反射实验测得的基底热导率不一样,通过SEM、XRR测量及对铝传感层的热导率及体积热容拟合的敏感度进行了分析得出蒸镀速率越大,铝传感层晶粒越大,增大到一定程度,表面晶粒的不规则程度会变大。在飞秒激光抽运探测热反射实验中,铝传感层的热导率对拟合不敏感,而体积热容对拟合敏感,得出了蒸镀速率会通过影响传感层的体积热容来影响飞秒激光抽运探测热反射实验的结论。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN249

【参考文献】