《微納米尺度下點接觸的能量輸運機理的研究》是依託東南大學，由王建立擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微納米尺度下點接觸的能量輸運機理的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王建立
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
微納米尺度下的接觸問題不僅廣泛存在於航天航空、核技術與工程、能源利用等工程領域，同時可用於研究界面處電子/聲子的輸運特性，具有重要的科學意義。目前由於測試技術的限制，所研究的接觸點尺寸一般在微米級以上。本課題旨在精確係統地測量由交叉金屬微米纖維構成的特徵尺寸小於100 nm的節點的接觸熱阻和接觸電阻，進而揭示微納米尺度接觸點處能量輸運的微觀傳遞規律。研究中擬整合直流穩態法和改進的3-omega法實驗系統，實現在10－300K溫度範圍內金屬型節點的接觸熱阻和接觸電阻的同時測量；通過力學分析，結合接觸熱阻和接觸電阻的實驗結果，得到接觸點的準確尺寸，理論預測考慮能量彈道輸運和擴散輸運過程的微納米尺度節點的接觸熱阻；通過表征接觸表面的絕緣層厚度，揭示絕緣層對接觸熱阻和接觸電阻的影響規律；以實驗測量和理論計算結果為依據，驗證Wiedemann－Franz定律對金屬型接觸點的適用性。
結題摘要
接觸/界面能量輸運性質的研究是航天航空、微電子技術等領域的關鍵課題之一，開展相關實驗和理論研究具有重要的科學意義和實用價值。在微納米尺度點接觸熱阻研究方面，本項目設計加工了由交叉微米線構成的點接觸熱阻檢測儀，搭建了直流穩態法和3-omega法的實驗平台，分析了溫度、作用力、材料和尺寸等因素對點接觸熱阻和接觸電阻的影響；結合力學模型和Ansys軟體，模擬得到了接觸點的尺寸，計算了接觸熱阻隨作用力的變化曲線；用原子力顯微鏡分析了進行腐蝕處理過後的金屬纖維表面形貌，由於絕緣層的存在，Wiedemann-Franz定律在金屬接觸點出並不適用，Lorenz數隨作用力增加而增大最後趨於穩定；由於電子平均自由程大於接觸點尺寸，推導得到的接觸點尺寸隨溫度升高而增大，因此必須考慮彈道能量輸運過程。在界面傳熱研究方面，用原子力顯微鏡表征了金屬薄膜表面粗糙度和厚度，用俄歇電子譜分析了沿厚度方向的元素分布，用飛秒雷射熱反射法測量得到的Al/Si界面熱導隨磁控濺射功率增加而增大，隨負偏壓增加而減小；通過化學氣相沉積方法製備了石墨烯，採用磁控濺射和熱蒸鍍兩種方法沉積了Al 薄膜，由於石墨烯的介入阻礙了界面原子間擴散，因此在一定條件下將增大界面熱導。通過接觸以及界面傳熱的研究工作，深入探討了界面能量輸運機理，發展了微納米尺度傳熱測量技術，為進一步研究原子/分子接觸處能量輸運過程提供了有利理論和技術支持。
