热导率测量系统和热导率测量方法

本申请涉及热导率测量，特别是涉及一种热导率测量系统、热学结构的制备方法、热导率测量方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。

背景技术：

1、热力学性质包含材料的热导、比热以及热膨胀系数。热导可以提供关于材料热传导性能的定量信息，有助于评估材料的热导率、热传导机制以及热界面的热阻等参数。通过热导测量可以了解材料的热传导性能，热导测量对于研究材料的热学性质、热传导机制和热电性能等方面非常重要。通过研究不同材料的热导率，可以深入了解材料的晶体结构、分子振动模式、电子结构等特征，从而对材料的性质提供更深入的认识。

2、传统技术中主要利用材料的复杂结构构建热梯度完成对于热导的测量，然而，传统技术受限于样品的尺寸大小，且热导率测量过程中易受其它方向的信号的影响，干扰对材料的各向异性的观测，从而影响热导率测量的准确度，不利于提高材料热导率测量的准确性。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高材料热导率测量的准确性的热导率测量系统、热学结构的制备方法、热导率测量方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品。

2、第一方面，本申请提供了一种热导率测量系统，所述热导率测量系统用于采用3测量法测量待测样品的热导率，所述系统包括：热学结构、恒流交流电流源、锁相放大器，其中，所述热学结构包括：

3、衬底，所述衬底设置有窗口；

4、待测样品，所述待测样品的两端设置有传导连接端，所述待测样品上还设置有两个探测连接端，两个所述探测连接端位于两个所述传导连接端之间，所述待测样品通过两个所述传导连接端和两个所述探测连接端架设在所述衬底的窗口上，且通过所述传导连接端和所述探测连接端与所述衬底热学连接；

5、所述恒流交流电流源与两个所述传导连接端电性连接，所述锁相放大器与两个所述探测连接端电性连接。

6、在其中一个实施例中，所述系统还包括电学结构，所述电学结构包括第一引脚、第二引脚、第三引脚和第四引脚，所述第一引脚与两个所述传导连接端中的其中一个传导连接端电性连接，所述第二引脚与两个所述传导连接端中的另外一个传导连接端电性连接，所述第三引脚与两个所述探测连接端中的其中一个探测连接端电性连接，所述第四引脚与两个所述探测连接端中的另外一个探测连接端电性连接。

7、在其中一个实施例中，所述恒流交流电流源的两个输出端子中的一个输出端子与所述第一引脚电性连接，所述恒流交流电流源的两个输出端子中的另一个输出端子与所述第二引脚电性连接。

8、在其中一个实施例中，所述锁相放大器的两个信号输入端子中的一个信号输入端子与所述第三引脚电性连接，所述锁相放大器的两个信号输入端子中的另一个信号输入端子与所述第四引脚电性连接，所述锁相放大器的参考信号输入端子与所述恒流交流电流源电性连接。

9、在其中一个实施例中，所述电学结构和所述热学结构之间设置有蓝宝石片。

10、在其中一个实施例中，所述蓝宝石片通过银胶分别与所述电学结构和所述热学结构相固定。

11、第二方面，本申请还提供了一种上述的热导率测量系统中的热学结构的制备方法，所述方法包括：

12、使用沉积铂将样品材料固定在衬底上；

13、对所述样品材料进行刻蚀，以在所述衬底上形成待测样品，所述待测样品的两端设置有传导连接端，所述待测样品上还设置有两个探测连接端，两个所述探测连接端于两个所述传导连接端之间；

14、对所述衬底进行刻蚀，以在所述衬底上形成窗口，以使所述待测样品通过所述传导连接端和所述探测连接端架设在所述衬底的窗口上，且通过所述传导连接端和所述探测连接端与所述衬底热学连接。

15、在其中一个实施例中，所述待测样品的长度为50-200微米，宽度为10-20微米，厚度为1-4微米。

16、第三方面，本申请还提供了一种应用于上述的热导率测量系统的热导率测量方法，所述方法包括：

17、获取待测样品的两个传导连接端之间的电流；

18、在所述待测样品的温度为3k的情况下，获取所述待测样品的两个探测连接端对应的电压，所述待测样品的两个所述探测连接端之间的电阻以及所述电阻随温度的变化率；

19、根据所述电流、所述电压、所述电阻和所述变化率，确定所述待测样品的热导率。

20、在其中一个实施例中，所述待测样品的热导率的计算表达式表示为：

21、

22、其中，为热导率，为电流，为待测样品的长度，为电阻，为电阻的变化率，为电压的三倍频，由待测样品的两个探测连接端对应的电压得到，为待测样品的横截面积。

23、第四方面，本申请还提供了一种热导率测量装置，包括：

24、获取模块，用于获取待测样品的两个传导连接端之间的电流；

25、监测模块，用于在所述待测样品的温度为3k的情况下，获取所述待测样品的两个探测连接端对应的电压，所述待测样品的两个所述探测连接端之间的电阻以及所述电阻随温度的变化率；

26、确定模块，用于根据所述电流、所述电压、所述电阻和所述变化率，确定所述待测样品的热导率。

27、第五方面，本申请还提供了一种计算机设备。所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。

28、第六方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。

29、第七方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。

30、上述热导率测量系统、热学结构的制备方法、热导率测量方法、装置、计算机设备、计算机可读存储介质和计算机程序产品，利用恒流交流电流源通过待测样品的两个传导连接端向待测样品中通入电流，利用锁相放大器通过待测样品的两个探测连接端监测待测样品两探测连接端之间的电压，由于待测样品通过两个传导连接端和两个探测连接端架设在衬底的窗口上，且通过传导连接端和探测连接端与衬底热学连接，使得热导连接只发生于待测样品的探测连接端和传导连接端，保持良好绝热，通过恒流交流电流源向待测样品通以恒定电流并监测锁相放大器锁定选定频率的电压，待测样品不再局限于宏观样品，能够避免样品尺寸的对热导率测量的限制和影响，利用3测量法结合电流和电压，准确计算待测样品的热导率，提高材料热导率测量的准确性。

技术特征：

1.一种热导率测量系统，其特征在于，所述热导率测量系统用于采用3测量法测量待测样品的热导率，所述系统包括：热学结构、恒流交流电流源、锁相放大器，其中，所述热学结构包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括电学结构，所述电学结构包括第一引脚、第二引脚、第三引脚和第四引脚，所述第一引脚与两个所述传导连接端中的其中一个传导连接端电性连接，所述第二引脚与两个所述传导连接端中的另外一个传导连接端电性连接，所述第三引脚与两个所述探测连接端中的其中一个探测连接端电性连接，所述第四引脚与两个所述探测连接端中的另外一个探测连接端电性连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述恒流交流电流源的两个输出端子中的一个输出端子与所述第一引脚电性连接，所述恒流交流电流源的两个输出端子中的另一个输出端子与所述第二引脚电性连接。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述锁相放大器的两个信号输入端子中的一个信号输入端子与所述第三引脚电性连接，所述锁相放大器的两个信号输入端子中的另一个信号输入端子与所述第四引脚电性连接，所述锁相放大器的参考信号输入端子与所述恒流交流电流源电性连接。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电学结构和所述热学结构之间设置有蓝宝石片。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述蓝宝石片通过银胶分别与所述电学结构和所述热学结构相固定。

7.一种如权利要求1-6中任一项所述的热导率测量系统中的热学结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述待测样品的长度为50-200微米，宽度为10-20微米，厚度为1-4微米。

9.一种应用于权利要求1-6中任一项所述的热导率测量系统的热导率测量方法，其特征在于，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述待测样品的热导率的计算表达式表示为：

技术总结
本申请涉及一种热导率测量系统和热导率测量方法。所述系统包括：热学结构、恒流交流电流源、锁相放大器，其中，热学结构包括衬底，衬底设置有窗口；待测样品的两端设置有传导连接端，待测样品上还设置有两个探测连接端，探测连接端位于传导连接端之间，待测样品通过传导连接端和探测连接端架设在衬底的窗口上；恒流交流电流源与传导连接端电性连接，锁相放大器与探测连接端电性连接。采用本方法能够通过恒流交流电流源向待测样品通以恒定电流并监测锁相放大器锁定选定频率的电压，待测样品不局限于宏观样品，避免样品尺寸的对热导率测量的限制和影响，利用3测量法结合电流和电压，准确计算待测样品的热导率，提高材料热导率测量的准确性。

技术研发人员：张警蕾,邓淋,李奇,蔡佳强,卞耀龙
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5