應用小站 | 頻域熱反射法測量納米材料的熱導率

更新時間：2025-09-01

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納米材料是現(xiàn)代關鍵技術的重要組成部分，廣泛應用于納米電子學、電池技術、醫(yī)療技術和能源工業(yè)等領域。其的物理特性使傳統(tǒng)材料無法實現(xiàn)的創(chuàng)新應用成為可能。納米材料的顯著特性之一是熱導率。由于其空間維度的縮減，熱導率表現(xiàn)往往與塊體材料截然不同。這一特性為多個領域開辟了新機遇，例如提升熱管理系統(tǒng)效率、開發(fā)熱電材料，以及實現(xiàn)高性能組件的熱絕緣。

在材料科學領域，有多種已確立的測量熱擴散率的方法。例如，激光閃射法應用廣泛，且能快速得出結(jié)果。在這種方法中，樣品的下表面由短激光脈沖加熱，然后隨時間記錄上表面產(chǎn)生的溫度分布情況，該方法能提供有關熱擴散率的信息。這種方法非常適合用于致密樣品，但在測量納米結(jié)構(gòu)材料時卻存在局限性，因為即使對于絕緣材料，由于樣品厚度很小，延遲溫升的檢測時間在計量方面仍是一個挑戰(zhàn)。

另一種方法是平板裝置法，該方法使用固定熱源來測定樣品內(nèi)部的熱流。然而，為了排除界面影響，它需要較大的樣品厚度，這同樣不適用于納米材料。熱線法和熱盤法也存在同樣的問題。在這些方法中，熱源與樣品直接接觸，由于接觸熱阻可能會導致測量誤差。因此針對納米材料，需要采用更為精細和精確的測量技術，以獲取可靠、可重復且貼合實際應用的數(shù)據(jù)。

BACKGROUND INTRODUCTION

一、測試方法原理

3ω法、拉曼光譜法、時域熱反射法（TDTR）和頻域熱反射法（FDTR）是納米材料熱導率測量中常用的技術，它們各有原理和適用場景，本文主要介紹林賽斯 TF-LFA L54 頻域熱反射法測量納米材料的熱導率。

核心原理:

頻域熱反射法是一種在頻域內(nèi)對薄膜熱性能進行非接觸式表征的測量技術。該方法利用熱反射效應構(gòu)建一個高靈敏度的溫度計，通過監(jiān)測樣品的反射率來檢測其表面的溫度變化。檢測時使用波長為532nm的連續(xù)激光（探測激光），同時使用不同波長（405nm）的調(diào)制泵浦激光進行加熱。局部加熱會引起反射率的變化，熱激發(fā)與檢測之間的相位滯后是通過鎖相放大器測量的。利用熱擴散傳輸模型對頻域中的響應進行建模，可以確定熱導率、體積熱容、熱擴散率、傳熱效率和邊界熱導率。在樣品表面頂部沉積一層薄薄的金屬換能器層（厚度為60-70nm），以提高反射率的溫度系數(shù)（dR/dT），同時降低激光在材料中的穿透深度。

TESTING METHOD PRINCIPLE

二、應用案例

如下圖所示，采用林賽斯 TF-LFA L54 對金剛石、二氧化硅等五種納米材料的熱導率進行了測量，結(jié)果顯示，該五種納米材料熱導率的測量值與文獻值均具有較好的一致性，證明了 TF-LFA L54 測量系統(tǒng)在納米材料熱性能表征中的準確性和可靠性。

APPLICATION CASE

三、總結(jié)

熱導率是材料科學中的一個關鍵因素，精確測量熱導率對于材料科學研究、工程應用開發(fā)、能源技術革新及工業(yè)質(zhì)量控制等多個領域至關重要。然而對于納米材料而言，由于其小體積、異質(zhì)結(jié)構(gòu)和特殊界面效應，使得傳統(tǒng)熱性能測量方法難以直接應用，這給納米材料熱導率的測量帶來了特殊的技術挑戰(zhàn)。頻域熱反射法是一種在頻域內(nèi)對薄膜熱性能進行非接觸式表征的測量技術，該方法無需提供材料的熱容和密度，允許對材料進行各項異性（面間和面內(nèi)方向）測量，是解決納米材料熱導率測量難題的有效方法。