一次元固体材料の熱輸送のキャラクタリゼーション

次のビデオの全体的な目標は、過渡電熱技術を紹介することです。この手法は、固体材料の熱拡散率を正確に測定するための効果的な方法です。測定を開始するには、サンプルを2つの銅電極の間に吊り下げます。

銀ペーストをサンプル電極の接触領域に塗布して、熱的および電気的接触抵抗を無視できるレベルに低減します。その後、サンプル全体を真空チャンバーに収容して、空気への熱伝達を減らします。測定中、サンプルにステップ電流が供給され、JUUL加熱が誘導されます。

誘導電圧の時間プロファイルは、オシロスコープによって記録されます。サンプルの熱拡散率が高いほど、温度変化が速くなり、定常状態に到達するまでの時間が短くなります。したがって、この過渡電圧温度変化を使用して、熱拡散率を決定できます。

正規化された実験温度上昇の理論的フィッティングは、サンプルの熱拡散率の異なる試験値を使用して行われます。値を与えると、実験データの最適な適合がサンプルの熱特性として取得されます。詳細な理論的背景については、原稿を確認してください。

TDテクニックには、人々が過去に使用してきたテクニックのいくつかの利点があります。まず、測定できる材料の範囲が広がります。現在では、導電性材料と非導電性材料の両方を測定できるようになりました。

第二に、環境精度と安定性が大幅に向上します。私たちの大学院生、Juan Linは、この作品で手順を示します。30歳の健康な女性から採取したヒトの頭髪サンプルは、実験の設定方法と実験データの処理方法を示すために使用されます。

まず、サンプルを2つの銅電極の間に懸濁します。次に、銀ペーストをサンプル電極の接触領域に塗布して、熱抵抗と電気接触抵抗を無視できるレベルに低減します。次に、顕微鏡を使用してサンプルの予備チェックを行います。

銀ペーストが髪の毛の長さにさらに浸透して、懸濁したサンプルを汚染していないことを確認する必要があります。髪の毛が銀ペーストで汚染されると、熱特性は大幅に変化します。コンタミネーションに気付いた場合は、実験用に新しいサンプルを準備する必要があります。

ヒトの頭髪サンプルは導電性がないため、サンプルの外側に約40ナノメートルの非常に薄い金膜の層をコーティングして導電性にします。この熱拡散率に対する金の影響は、最終結果から差し引かれます。実験データを処理するときは、サンプルを真空チャンバーに入れて1〜3ミルにポンプで送ると、ガス伝導の影響はごくわずかになります。

次に、ステップDC電流がサンプルに供給され、電気加熱が導入されます。誘導電圧の時間プロファイルは、オシロスコープによって記録されます。最後です。

走査型電子顕微鏡を使用して、サンプルの長さと直径を特徴付けます。正規化された実験温度上昇の理論的フィッティングは、サンプルの熱拡散率の異なる試行値を使用して行われます。値を与えると、実験データの最適な適合が、人間の頭髪のサンプルの熱特性として取得されます。

2つのサンプルは、それぞれ2回テストで金膜で2回コーティングされています。4つの有効な熱拡散率があり、原稿の式12から得られます。サンプルを金膜でコーディングしても、抵抗が変わるだけであることはわかっています。

フィッティング曲線が熱拡散アクセスと交差する点は、抵抗が無限大の場合の有効熱拡散率の値であり、これは金の影響がないことを意味します。この2点を組み合わせることで、放射効果を含む実際の熱拡散率とDに対するLの2乗との関係を明らかにすることができます。Lがゼロに等しい点、つまり放射線の影響がない点まで線形外挿を行い、その点での熱拡散率は1秒あたり1.42倍10のマイナス7メートルの2乗になります。

この値は、金コーティングの影響による放射線の影響を除いたサンプルの熱拡散率を反映しています。実際の熱伝導率については、比熱の密度が与えられれば、この式で簡単に評価できます。TD技術は、2つの異なる長さを使用して同じ材料の合計物理的特性または材料を測定するための非常に効果的で堅牢なアプローチです。

最後に、合計の接続性、ある程度の拡散性を測定できます。また、材料の密度と比熱が与えられている場合の表面の有効性も重要です。