基于周期性波形分析的时域热感应法低频限延伸

时域热感应法（Time-domain Thermoreflectance, TDTR）是一种用于表征层状材料热性能的强大技术。然而，其在0.1 MHz以下调制频率的有效性受脉冲积累效应的限制，限制了其准确测量平面热导率（低于6 W/(m·K)）的能力。本文提出一种基于周期性波形分析的TDTR（Periodic Waveform Analysis-based TDTR, PWA-TDTR）方法，通过对传统 setup 进行最小程度的修改，将可测量频率范围延伸至50 Hz。这一进步大幅提升了测量灵敏度，使其能够准确测量平面热导率最低可达0.2 W/(m·K)。通过测量聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和熔融石英，验证了该技术的有效性，PWA-TDTR获取平面热扩散率，而传统TDTR测量垂直热耗散。两者结合即可提取热导率和体积热容，结果与文献值高度一致。进一步通过（1）薄液体薄膜的热导率和热容测量，以及（2）锂硝酸盐晶体中深度分辨热导率轮廓 profiling，揭示了最深可达100 μm的点缺陷诱导的各向异性。通过克服频率和灵敏度限制，PWA-TDTR显著扩展了TDTR的适用范围，使其能够进行此前困难的热传输细节研究。