[发明专利]综合测量有支撑和悬架纳米材料热传导及光学特性的系统拉曼光谱法

摘要

本发明公开了一种综合测量有支撑和悬架纳米材料热传导及光学特性的系统拉曼光谱法，适用于非接触式原位综合测量有基底支撑和悬架状态的一维材料和二维材料的热导率、热扩散率、纳米材料与支撑基底之间的界面热导以及激光吸收系数；本发明依次利用连续激光和脉冲激光加热纳米材料样品，同时根据样品拉曼光谱的温度频移特性实现温度测量；多次改变连续激光的光斑尺寸和脉冲激光的脉冲宽度，将不同光斑尺寸和脉冲宽度下测得的温升作比值，从而消去样品的激光吸收系数并从温升比值中提取纳米材料的热导率、热扩散率和界面热导，并在此基础上测量激光吸收系数；本发明可实现同一纳米材料样品在悬架和有支撑状态的热传导及光学特性的对比测量。

主权项

1.一种综合测量有支撑和悬架纳米材料热传导及光学特性的系统拉曼光谱法，其特征在于，依次测量同一纳米材料样品的有支撑段和悬架段，实现同一样品有支撑段和悬架段的对比测量，其中有支撑段在真空环境或大气压下测量，悬架段在真空环境测量，具体测量方法如下：先利用连续激光加热样品并多次改变激光光斑尺寸，基于样品的拉曼光谱测量样品温度，将不同光斑尺寸下测得的稳态温升作比值，消去样品的激光吸收系数，并基于耦合基底的完整导热模型从稳态温升比值中提取纳米材料的热导率、纳米材料与基底之间的界面热导，该步骤称为变光斑稳态拉曼法；其中所述基于耦合基底的完整导热模型是指：有支撑纳米材料的导热模型中，考虑纳米材料与基底之间通过界面热导传递热量，并且纳米材料和基底均吸收激光能量；悬架纳米材料的导热模型中，考虑热量依次经过悬架区域纳米材料和有支撑区域纳米材料并最终传导至基底，悬架区域与有支撑区域纳米材料在连接处满足温度和热流连续条件，有支撑区域纳米材料通过界面热导向基底导热；再用脉冲激光加热样品并多次改变脉冲激光的脉冲宽度，将不同脉冲宽度下测得的瞬态温升作比值，或者将瞬态温升与稳态温升作比值，消去激光吸收系数，并从瞬态温升比值中提取纳米材料的热扩散率，该步骤称为闪光拉曼法；最后，在测得纳米材料的热传导特性的基础上，结合样品的温升—激光入射功率曲线的斜率，测量有支撑和悬架纳米材料样品的激光吸收系数，即其光学特性。