[发明专利]表征有基底纳米线的空间扫描双波长拉曼闪光方法及装置

说明书

本发明公开了一种表征有基底纳米线的空间扫描双波长拉曼闪光方法及装置，其中，方法包括：将连续加热激光固定在一维纳米线中心位置，加热样品至稳态，沿一维样品方向改变连续探测激光光斑中心的位置，获取稳态下沿样品长度方向的温度分布；将脉冲加热激光固定在一维纳米线中心位置，沿一维样品方向改变脉冲探测激光光斑中心的位置，测量一个脉冲周期内温度随时间变化的曲线，计算得到不同位置的相位，获取相位沿空间方向的分布；根据稳态过程的温度分布和瞬态过程相位沿空间方向的分布拟合参数，得到热物性参数。该方法可以通过双束非共点激光实现非接触式、更高测量精度和更高灵敏度的目的，简单易实现。

技术领域

本发明涉及微纳米尺度热物性测试技术领域，特别涉及一种表征有基底纳米线的空间扫描双波长拉曼闪光方法及装置。

背景技术

纳米线在微电子领域、热电转换、光电转换和微纳传感器领域具有广泛的应用前景，而应用的前提是能够准确表征纳米线的热物性。在实际应用中，纳米线很少以悬架的形式存在，通常都是放置于基底上。由于尺度效应和界面的存在，导致纳米材料与体材料，有基底纳米材料和悬架纳米材料的热物性表现出明显不同，因此开发针对于微纳领域且简单准确的热物性测量方法意义重大。

目前对于一维纳米线的测量方法有接触式和非接触式两种。其中接触式主要是电测方法，包括3ω法，直流通电法、悬架微器件法、T型法等。利用3ω方法可以测量白金线和碳纳米管束的热物性，且此种方法被研究者们多次使用，但是此种方法的不足之处在于要求待测线电阻与温度具有确定的线性关系，而且对纳米线通交流电容易破坏纳米线。另外，一种适用范围广，不依赖于待测线本身性质的测量方法，即悬架微器件方法，但是此种方法的传感器结构复杂，制造困难，且纳米线转移的难度较高。相关技术中利用T型法测量了单根碳纳米管的热导率，但是此方法仅适用于悬架纳米线，且同样存在样品搭接困难的现象。而且接触式测量方法本身，对于样品破坏性难以避免，原位表征较为困难，因此非接触式方法相比更具优势。

对于非接触式测量方法，多使用拉曼光谱法，拉曼光谱法中激光具有局部加热和局部测温双重功能。在此基础上，人们将拉曼与电测法结合，开发出了悬架微器件—拉曼方法、拉曼T型法等方法。除此之外稳态拉曼测量方法，对待测纳米线通电加热，并由拉曼光谱测量待测线中心点温升，测量了白金线和石墨烯碳纤维的热导率。但是此方法是在稳态下进行的，无法测量热扩散率，且仍需通电，无法实现完全的非接触测量。在此基础上，开发了拉曼闪光法，利用一束脉冲激光和一束连续激光作为加热热源和温度传感器，实现了激光吸收系数的消去，直接测得纳米线的热扩散率。此方法的不足之处在于受到方波脉冲上升沿的影响，时间分辨率难以提高，测量精度不高。进一步地，相关技术中利用双波长拉曼闪光法，测量了一维有基底纳米材料的热扩散率，但是此种方法依赖于对于温升曲线的准确测量，而碳纳米管等极小尺度的纳米材料升降温时间极短，难以准确测量其温升曲线，且两束激光共点测量，无法实现在灵敏度最高的位置探测，因此误差较大且灵敏度较低。

综上所述，目前已有的方法均存在一定的局限性，难以准确表征一维有基底纳米线的热物性，亟待开发一种准确简便的原位测量方法。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种表征有基底纳米线的空间扫描双波长拉曼闪光方法，该方法可以通过双束非共点激光实现非接触式、更高测量精度和更高灵敏度的目的，简单易实现。

本发明的另一个目的在于提出一种表征有基底纳米线的空间扫描双波长拉曼闪光装置。