微納米材料和結(jié)構(gòu)熱物理特性表征

前言

本書是一部系統(tǒng)介紹微納米材料和結(jié)構(gòu)熱物理特性表征的著作。書中詳細(xì)論述了諧波法、激光抽運(yùn)－探測技術(shù)和掃描熱顯微技術(shù)等微空間／微時(shí)間尺度實(shí)驗(yàn)測量技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)建、技術(shù)難點(diǎn)和技巧以及在納米尺度材料（納米薄膜、碳納米管、納米管陣列、納米流體等）熱物性實(shí)驗(yàn)表征中的應(yīng)用，并對(duì)碳納米管的熱導(dǎo)率進(jìn)行了詳細(xì)的理論表征。這些對(duì)于微／納米尺度傳熱學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究具有較實(shí)用的參考價(jià)值。本書主要側(cè)重在作者課題組研究比較多的3w技術(shù)、激光光熱反射掃描熱探測技術(shù)、閃光法和超高時(shí)空分辨的皮秒／飛秒激光抽運(yùn)－探測技術(shù)。全書結(jié)構(gòu)安排如下：第1章為緒論。第2章重點(diǎn)介紹3w法測量原理、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建以及在單層納米薄膜、單根碳纖維、單根碳納米管、碳納米管陣列等的熱物性實(shí)驗(yàn)表征方面的應(yīng)用。第3章首先介紹3w法、光熱反射法、拓展的周期交流量熱法在多層薄膜熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散率重構(gòu)方面的應(yīng)用，然后介紹掃描熱顯微鏡系統(tǒng)在薄膜面向熱導(dǎo)率分布研究中的應(yīng)用，最后介紹基于光熱反射技術(shù)的掃描熱顯微鏡在探測表面下埋藏?zé)峤Y(jié)構(gòu)信息方面的應(yīng)用。第4章介紹皮秒／飛秒激光抽運(yùn)－探測技術(shù)，重點(diǎn)介紹系統(tǒng)搭建、實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵點(diǎn)以及在超快激光加熱下金屬薄膜的熱波傳遞規(guī)律研究中的應(yīng)用。第5章首先介紹聲子輸運(yùn)理論、分子動(dòng)力學(xué)模擬等方法在碳納米管熱導(dǎo)率預(yù)測中的應(yīng)用，然后采用非傅里葉導(dǎo)熱模型對(duì)超快激光加熱下金屬薄膜內(nèi)部的導(dǎo)熱過程進(jìn)行數(shù)值模擬。第6章介紹3（O線法和短線法進(jìn)行納米流體熱導(dǎo)率的表征技術(shù)。本書第1章及第2、第3章部分內(nèi)容由中國科學(xué)院工程熱物理研究所唐大偉撰寫，其他均由中國石油大學(xué)（華東）王照亮撰寫，全書由唐大偉統(tǒng)一審核。

內(nèi)容概要

　　《微納米材料和結(jié)構(gòu)熱物理特性表征》在微空間／時(shí)間尺度實(shí)驗(yàn)研究方面，系統(tǒng)介紹了3w法測量原理、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建和不同測量條件下3w加熱器在頻域內(nèi)的溫度波動(dòng)規(guī)律以及該方法在基體表面單層納米薄膜、單根碳纖維、單根碳納米管、碳納米管陣列以及納米流體等微觀尺度材料熱物性實(shí)驗(yàn)表征方面的應(yīng)用；詳細(xì)講述了3w法、光熱反射法、拓展的周期交流量熱法在多層薄膜熱導(dǎo)率、熱擴(kuò)散率重構(gòu)方面的應(yīng)用，并且詳細(xì)介紹了基于掃描探針的各種掃描熱顯微鏡系統(tǒng)在薄膜的面向熱導(dǎo)率分布研究中的應(yīng)用，基于光熱反射技術(shù)的掃描熱顯微鏡在探測表面下微／納米尺度埋藏?zé)峤Y(jié)構(gòu)信息方面的應(yīng)用以及微時(shí)間尺度下超高時(shí)空分辨的皮秒／飛秒激光抽運(yùn)-探測技術(shù)。在理論研究方面，重點(diǎn)介紹了聲子輸運(yùn)理論、分子動(dòng)力學(xué)模擬等方法在碳納米管熱導(dǎo)率預(yù)測中的應(yīng)用。并且采用不同的非傅里葉導(dǎo)熱模型對(duì)超快激光加熱下金屬薄膜內(nèi)部的導(dǎo)熱過程進(jìn)行了數(shù)值模擬?！段⒓{米材料和結(jié)構(gòu)熱物理特性表征》既可作為材料科學(xué)、能源、熱物理專業(yè)的高年級(jí)大學(xué)生和研究生的教材，也可作為相關(guān)科研人員的參考書。

書籍目錄

前言第1章 緒論1.1 微空間尺度：微納米材料、結(jié)構(gòu)熱物性表征1.2 微時(shí)間尺度：微納米材料熱輸運(yùn)機(jī)理表征第2章 微空間尺度材料熱物性的實(shí)驗(yàn)表征2.1 3w諧波探測技術(shù)2.1.1 3w法背景2.1.2 3w法原理2.1.3 3w法實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2.1.4 3w法傳熱模型分析2.1.5 應(yīng)用2.1.6 3w法發(fā)展趨勢2.2 光熱探測技術(shù)2.2.1 閃光法2.2.2 光熱反射法2.2.3 光熱透射率法2.3 光聲法2.4 其他方法2.4.1 熱導(dǎo)法測量納米管熱物性2.4.2 短線法參考文獻(xiàn)第3章 微空間尺度結(jié)構(gòu)熱物性實(shí)驗(yàn)表征3.1 多層微納米結(jié)構(gòu)垂直面方向熱物性重構(gòu)3.1.1 3w法測量多層薄膜熱物理性質(zhì)3.1.2 周期加熱法測量多層薄膜熱物性3.1.3 周期交流量熱法測量多層薄膜的熱擴(kuò)散率3.2 微納米結(jié)構(gòu)面方向熱物性重構(gòu)3.2.1 基于掃描探針的掃描熱顯微鏡3.2.2 基于光熱掃描的熱成像3.2.3 光熱掃描的數(shù)值模擬分析3.2.4 結(jié)淪參考文獻(xiàn)第4章 微時(shí)間尺度熱輸運(yùn)過程的實(shí)驗(yàn)表征4.1 皮秒激光抽運(yùn)－探測熱反射系統(tǒng)4.1.1 皮秒激光抽運(yùn)－探測熱反射測試系統(tǒng)描述4.1.2 基體表面納米薄膜熱擴(kuò)散率測量結(jié)果4.2 飛秒激光抽運(yùn)－探測熱反射技術(shù)4.2.1 實(shí)驗(yàn)原理4.2.2 飛秒激光抽運(yùn)－探測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建立4.2.3 實(shí)驗(yàn)過程中的關(guān)鍵問題4.2.4 Au膜熱輸運(yùn)過程實(shí)驗(yàn)測量4.3 飛秒時(shí)間／納米空間分辨抽運(yùn)－探測系統(tǒng)參考文獻(xiàn)第5章 微／納米尺度熱輸運(yùn)特性的理論表征5.1 概述5.2 聲子輸運(yùn)理論預(yù)測碳納米管熱導(dǎo)率尺度和溫度效應(yīng)5.2.1 求解BP方程預(yù)測單壁碳納米管熱導(dǎo)率5.2.2 波矢模型預(yù)測單壁碳納米管熱物性5.2.3 基于連續(xù)模型預(yù)測多壁碳納米管熱物性5.2.4 基于原子模型預(yù)測多壁碳納米管熱物性5.3 分子動(dòng)力學(xué)模擬單壁碳納米管熱物性5.3.1 研究現(xiàn)狀5.3.2 理論基礎(chǔ)5.3.3 數(shù)值計(jì)算方法與程序設(shè)計(jì)5.3.4 分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果分析5.3.5 單壁碳納米管熱導(dǎo)率的量子修正5.3.6 碳納米管－硅晶體間界面熱導(dǎo)的分子動(dòng)力學(xué)模擬5.4 微時(shí)間尺度超常熱輸運(yùn)過程5.4.1 激光加熱金屬問題與理論模型5.4.2 不同導(dǎo)熱行為的數(shù)值模擬及分析參考文獻(xiàn)第6章 納米流體熱物理參數(shù)實(shí)驗(yàn)和理論表征6.1 3w法測量納米流體熱物性6.1.1 測量原理6.1.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及條件分析6.1.3 3w方法測量液體熱參數(shù)的影響因素分析6.1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析6.2 短線法測量納米流體熱物性6.2.1 測量原理6.2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果6.3 納米流體熱輸運(yùn)機(jī)理參考文獻(xiàn)附錄 平衡分子動(dòng)力學(xué)模擬單壁碳納米管熱導(dǎo)率程序代碼

章節(jié)摘錄

插圖：在納米技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，微／納米尺度材料、器件等熱參數(shù)的測量是目前面臨的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。迄今為止，由于對(duì)微納米材料熱物理性質(zhì)數(shù)據(jù)的需求，人們發(fā)展了多種測試方法。測試熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散率的方法主要有接觸式和非接觸式測量法，如Parker等的閃光法、Hatta等的交流量熱法、光聲法、Kading等的光熱反射法、光熱偏轉(zhuǎn)法等。上述方法一般不能直接測試熱導(dǎo)率而是直接測量熱擴(kuò)散率，然后導(dǎo)出熱導(dǎo)率，測量結(jié)果的準(zhǔn)確度與熱容等的不確定度有關(guān)。此外，上述方法對(duì)于基體表面薄膜熱參數(shù)的測量限制比較大，對(duì)碳纖維和碳納米管的熱性能表征無能為力。

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