基於拉曼光譜的納米線熱輸運特性研究

《基於拉曼光譜的納米線熱輸運特性研究》是依託南京理工大學，由劉錦輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於拉曼光譜的納米線熱輸運特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉錦輝
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

納米線材以其優異的性能在微納電子、光電轉換和熱電轉換等領域有著巨大的套用潛力。納米線的熱物性和納米尺度下的熱輸運特性是微納器件熱設計的關鍵，然而由於尺度效應的存在，納米線的熱物性和熱輸運特性與其對應的體材料相比發生了顯著的變化。另外，巨觀尺度下的熱物性測量技術不能適用於納米線的熱物性測量。項目旨在準確測量納米線熱物性，研究納米線熱輸運的尺度效應，為微納器件熱設計提供依據。項目擬開發拉曼閃光法和非接觸式“T”形拉曼法，在200-500 K溫度區間非接觸式測量單根納米線的熱擴散率、熱導率和雷射吸收係數；利用拉曼光譜的聚焦亞微米光斑同時進行局部加熱和局部測溫功能，實現利用同一根少壁碳納米管（FWCNT）研究熱導率隨熱輸運特徵長度的變化規律，揭示不同溫度條件下聲子在受限空間內的輸運特性。

結題摘要

納米線材以其優異的電學、光學和熱學性能在前沿科技領域有著巨大的套用潛力。納米線的熱物性和納米尺度下的熱輸運特性是微納器件熱設計的關鍵，然而由於尺度效應的存在，納米線的熱物性和熱輸運特性與其對應的體材料相比發生了顯著的變化。然而，巨觀尺度下的熱物性測量技術不能適用於納米線的熱物性測量。本研究利用拉曼光譜的非接觸式局部加熱和測溫功能，開發具有廣泛適用性的非接觸式測量微納米線熱物性的方法，研究熱導率隨熱輸運特徵長度的變化規律。本研究開發了拉曼閃光法並進一步提出了差分拉曼閃光法，通過比較單根直徑為10 μm的白金線熱擴散率的測量值與標準值驗證了該方法的可行性，進一步利用已驗證的差分拉曼閃光法研究了平均直徑為385 nm的矽納米線（SiNW）熱擴散率隨溫度的變化規律，結果表明納米線熱擴散率顯著低於體材料值。開發了“T”形拉曼法，通過測量白金線（d=25 μm）熱導率驗證了該方法的可行性，利用該方法測量了單根石墨纖維（d=17 μm）和單根碳化矽納米線（d=465 nm）的熱導率。在不同環境溫度下測量了同一根單壁碳納米管（SWCNT，d=1.33 nm）不同長度懸架段的熱導率，結果表明熱導率隨特徵長度的增大先增加後收斂於定值。溫度對熱導率的影響隨樣品特徵長度的縮短而減弱。