[发明专利]同时测量薄膜面内热导率与红外发射率的装置与方法

摘要

本发明涉及一种同时测量薄膜面内热导率与红外发射率的装置与方法，属于薄膜材料及材料热物性领域。本发明利用光加热的方法在薄膜表面形成稳定的温度分布，通过薄膜表面红外辐射空间分布的测试及曲线拟合得到薄膜面内热导率、红外发射率及边缘热流三个参数。本发明采用非接触式测量，操作简单且在进行测量的过程中可以很好的保护薄膜不被损坏。本发明具有装置简单、无接触、引入误差少及适应性强的优点。

主权项

1.同时测量薄膜面内热导率与红外发射率方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤一、加热光生成装置产生稳定的加热光场照射到真空腔内的被测薄膜表面，并形成稳态温度分布和稳态红外辐射场；被测薄膜样品厚度方向的尺寸远小于面内方向尺寸，达到稳态时，则认为薄膜厚度方向温度梯度为零；所述加热光场具有较大的长宽比，此时，在长度中心位置，沿长度方向的温度梯度近似为零；/n步骤二、被测薄膜沿宽度方向，即轴方向的温度由稳态一维热传导方程计算得到：/n /n其中，T(x)为薄膜表面温度、T₀为环境温度(即薄膜边缘温度)、k为薄膜的面内热导率、d为薄膜厚度、ρ为薄膜密度、C_p为定压比热、ε为薄膜的发射率、σ为斯忒藩-玻尔兹曼常数、x为距离坐标；/n步骤三、当薄膜表面温度与环境温度相比变化不大于10k，一维热传导方程的辐射项近似为σε(T(x)⁴-T₀⁴)≈4εσT₀³(T(x)-T₀) (2)/n则热传导方程改写为：/n /n在宽度方向，即x轴方向，被测薄膜加热光场边缘具有恒定的温度梯度/n /n其中，q为x＝0处的热流；而在被测薄膜边缘，温度为由温度传感器测量得到的已知温度，且当被测薄膜在宽度方向，即x方向的尺寸大于面内扩散距离时，薄膜边缘处的温度梯度近似为零：/n /n根据式(1)、(4)和(5)，得到被测薄膜表面沿宽度方向，即x轴方向温度分布的解析解：/n /n其中，中间变量/n当被测薄膜表面形成稳态温度分布时，红外辐射场采集装置采集得到的等效黑体辐射场满足：/n /n其中，E_rad(x)为红外辐射强度分布，T_in为测温热像仪发射率设置为1时采集得到的等效黑体温度分布；/n当已知环境温度T₀和薄膜厚度d时，采用式(7)对红外热像仪采集的辐射场进行拟合，即得到x＝0处的热流q，薄膜的面内热导率k及热像仪探测波段的红外发射率ε。/n