一种测量宽范围各向异性面内导热系数的新型空间扫描热反射方法
材料科学
2025-10-09 v1 应用物理
摘要
小尺度样品的面内导热系数难以测量，尤其是对低导电性以及缺乏面内对称性（即横向各向异性材料）的样品。最先进的泵浦-探测技术，包括时域与频域热反射（TDTR和FDTR），在测量小尺度样品导热系数方面具有优势，并已发展出多种先进的TDTR和FDTR技术来测量横向各向异性材料。然而，可测面内导热系数（k_in）通常限于 >10 W/(m K)。本工作中，开发了一种新型空间扫描热反射（SSTR）方法，用于测量毫米级小样品宽范围的k_in，包括缺乏面内对称性的样品，将当前可测k_in的下限扩展至低至1 W/(m K)。该SSTR方法建立了使用优化光斑尺寸与调制频率的新测量方案以及新的数据处理方案，从而能够以高精度和易操作性测量宽范围k_in值的面内导热系数张量。还讨论了样品几何要求、换能层影响以及热损失等一些细节。作为验证，使用此新型SSTR方法测量了熔融石英、蓝宝石、硅以及高定向热解石墨（HOPG）等一些具有宽范围k_in值的横向各向同性参考样品的k_in。测得的k_in与文献值吻合极好，典型不确定度为5%。作为该方法独特能力的演示，还测量了面内各向异性材料x切石英的面内导热系数张量。
引用
@article{arxiv.2201.12111,
title = {A new spatial-scan thermoreflectance method to measure a broad range of anisotropic in-plane thermal conductivity},
author = {Puqing Jiang and Dihui Wang and Zeyu Xiang and Ronggui Yang and Heng Ban},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.12111},
year = {2025}
}
备注
26 pages, 9 figures, patent-pending technique