[发明专利]表征体材料的热扩散率的双波长闪光拉曼方法

权利要求书

1.一种表征体材料的热扩散率的双波长闪光拉曼方法，其特征在于，包括：

(1)使用加热脉冲激光对体材料的表面温度进行周期性改变，并使用与所述加热脉冲激光的波长不同的探测脉冲激光测量所述体材料的表面温度；

(2)通过改变所述加热脉冲和所述探测脉冲之间的时间偏差，获得所述体材料的表面温度随时间偏差变化的升温降温曲线；

(3)基于所述升温降温曲线，确定所述体材料的热扩散率；

其中，步骤(1)进一步包括：

(1-1)通过加热脉冲激光，在第一脉冲时间t_h内使所述体材料的表面温度从环境温度T₁升至温度T₂，并在第一间隔时间t_c内所述体材料的表面温度从所述温度T₂冷却至所述环境温度T₁，其中，所述第一脉冲时间t_h为15～200ns；

(1-2)从时间偏差t_d开始，通过探测脉冲激光在第二脉冲时间t_p内对所述体材料的表面进行拉曼信号探测，以获得所述体材料的拉曼光谱；

(1-3)基于所述拉曼光谱中所述体材料的特征峰偏移值，确定出所述体材料的表面在所述第二脉冲时间t_p内的平均温度T₃。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)进一步包括：

(2-1)调整所述时间偏差至t_d’后，重复步骤(1-2)获得所述体材料的拉曼光谱，重复步骤(1-3)获得所述体材料的表面在所述时间偏差t_d’处对应的所述第二脉冲时间t_p内的平均温度T₃’；

(2-2)基于时间偏差t_d和t_d’对应的温度T₃和T₃’，获得所述体材料的表面温度随时间差变化的升温降温曲线T₃(t_d)。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述体材料为具有拉曼特征峰的非金属体材料。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一脉冲时间t_h内，所述体材料符合半无限大假设，且未被加热至稳态。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述体材料的表面温度均为表面高斯平均温度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述加热脉冲激光和所述探测脉冲激光都是连续激光通过电光调制器和信号发生器而形成的；

所述探测脉冲激光的波长大于所述加热脉冲激光的波长；

所述加热脉冲激光和探测脉冲激光可分别通过激光功率计测定激光总能量，通过扫描碳管并观测碳管拉曼峰强度分布确定激光能量密度分布；

所述探测脉冲激光照射在所述体材料的上表面的强度小于3mW；

步骤(1)和步骤(2)在真空环境下进行，并且所述真空环境的真空度小于10^-3Pa。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(3)包括：

(3-1)建立升温阶段的非稳态导热方程组；

(3-2)建立降温阶段的非稳态导热方程组；

(3-3)基于所述升温降温曲线T₃(t_d)，对所述非稳态导热方程组进行拟合，以获得所述体材料的热扩散率。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(3-1)中，所述体材料在所述升温阶段的非稳态导热方程组如下所示：

其中，α为所述体材料的热扩散率，η为所述体材料的激光吸收率，λ为所述体材料的热导率，为所述加热脉冲激光的能量密度分布，r_h为所述加热脉冲激光的光斑半径。