[发明专利]一种基于热释电探测器的薄样品热导率测量装置及其方法

说明书

本发明公开了一种基于热释电探测器的薄样品热导率测量装置及其方法，属于薄样品热导率测量装置及其方法技术领域，解决测量薄样品的热导率时，操作复杂，测量速度慢，需要求得半温升时间，造成不能准确地测量薄样品的热导率的问题。本发明包括信号发生器、红外脉冲激光器、半反半透的分光镜、测试薄膜样品、测试热释电探测器、参考热释电探测器、示波器。信号发生器产生的信号控制红外脉冲激光器输出所需波形，半反半透的分光镜分为两束光，照射到带有待测材料的测试热释电探测器和参考热释电探测器得到电压响应信号。两路电压信号由于两路热导率的不同导致其响应有先后，通过响应的全升温时间差即可得到热导率，本发明用于测量薄膜样品的热导率。

技术领域

一种基于热释电探测器的薄样品热导率测量装置，用于测量薄样品的热导率，属于薄样品热导率测量装置及其方法技术领域。

背景技术

热导率又称为导热系数，反应的是物质的热传导的能力，按傅里叶定律，其定义为单位温度梯度在单位时间内经单位导热面所传递的能量。它表征了材料的传热性能和温度均衡性能，在材料、能源、建筑、航空、化工、制冷等工程领域都有着重要的用途，其测试方法一直以来也是研究的热点之一。现有测量方法主要有稳态法和非稳态法两大类，其中非稳态测试方法具体有如闪光法、径向热流法、固体热源法等。但这些方法在实际中仍然存在一些问题如径向热流法在热源均匀度、功率波动、侧向热流损失方面没有很好的解决，固体热源法对于热源与被测材料间的被测热阻问题还有待解决。

厦门大学公开号为CN105301044A的发明专利“一种固体材料热扩散系数测量装置及测量方法”中采用激光闪射法来测量多层样品材料热导，此方法较为复杂，成本也很高，需要通过软件编程来求得半温升时间，且空气层的问题会随着样品层数的增加而愈加明显，从而导致时间测量的误差比较大。

发明内容

本发明针对上述不足之处提供了一种基于热释电探测器的薄样品热导率测量装置及其方法，解决现有技术中测量薄膜样品的热导率时，因需要求得半温升时间、空气层的问题会随着样品层数的增加而愈加明显，导致时间测量的误差比较大，造成操作复杂，成本高，以及不能快速、精确地测量薄膜样品的热导率的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于热释电探测器的薄样品热导率测量装置，包括：

信号发生器：用于发生方波脉冲信号和供电电压；

红外脉冲激光器：在信号发生器提供的供电电压下，用于调制信号发生器发出的方波脉冲信号，并输出方波信号；

半反半透的分光镜：用于将红外脉冲激光器调制输出的方波信号分为两路功率相同的红外光信号；

参考热释电传感器：用于在半反半透的分光镜分得的一路红外光信号的直接照射下，将照射的红外光信号转换为电压参考信号，并输出电压参考信号；

测试热释电传感器：用于在有待测薄样品的情况下，将照射的半反半透的分光镜分得的另一路红外光信号转换为电压信号，并输出电压信号；

示波器：用于测量参考热释电传感器输出的电压参考信号和测试热释电传感器输出的电压信号达到最大值时的时间差。

一种基于热释电探测器的薄样品热导率测量方法，包括如下步骤：

1)获取待测薄样品，将待测薄样品粘附到测试热释电传感器上；

2)采用信号发生器发生两路信号，两路信号为红外脉冲激光器的供电电压和方波脉冲信号；

3)采用红外脉冲激光器接收信号发生器发生的驱动电压和方波脉冲信号，并调制信号发生器发出的方波脉冲信号，输出方波信号；

4)采用半反半透的分光镜将方波信号分为两路功率相同的红外光信号；