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應(yīng)用領(lǐng)域
我們的熱分析設(shè)備所應(yīng)用的領(lǐng)域
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薄膜的物理性質(zhì)在諸如相變材料、光盤介質(zhì)、熱電材料、發(fā)光二極管（LEDs）、燃料電池、相變存儲器、平板顯示器和半導(dǎo)體行業(yè)等領(lǐng)域和應(yīng)用中變得越來越重要。
所有這些行業(yè)都使用單層或多層設(shè)置，以便賦予設(shè)備特定的功能。由于薄膜的物理性質(zhì)與塊狀材料有很大的不同，因此有必要使用匹配的表征設(shè)備來獲得其與厚度和溫度相關(guān)的性質(zhì)。由于高縱橫比和沉積技術(shù)，會發(fā)生額外的邊界和表面散射，導(dǎo)致輸運性能降低。
由于測量要求可能與散裝物料的不同，因此需要使用不同的計量方法。
這種熱導(dǎo)率的降低通常有兩個基本原因。首先，與塊狀單晶相比，許多薄膜合成技術(shù)導(dǎo)致更多的雜質(zhì)、無序和晶界，這些都傾向于降低熱導(dǎo)率。其次，由于邊界散射、聲子泄漏和相關(guān)的相互作用，即使是原子完美的薄膜也會降低熱導(dǎo)率。這兩種基本機制通常對面內(nèi)和面間輸運的影響不同，因此薄膜的導(dǎo)熱性通常是各向異性的，即使對于具有各向同性熱導(dǎo)率的塊狀材料也是如此。
熱電材料用于熱電發(fā)電機，通過溫度梯度將熱能轉(zhuǎn)化為電能。使用熱電優(yōu)值（ZT）來表征熱電材料的性能。為了計算熱電優(yōu)值，必須知道熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)。與相同成分的塊狀材料相比，薄膜具有較低的熱導(dǎo)率，而電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)受影響較小，因此 ZT 值較高。
具有不同化學(xué)組成的銻化鉍是眾所周知的半導(dǎo)體熱電材料。采用熱氣相沉積法制備厚度為 142 nm 的 Bi87Sb13 納米層，在 120 ~ 400 K 的溫度范圍內(nèi)測量其熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率和 Seebeck 系數(shù)。根據(jù)這些參數(shù)計算 ZT 值，室溫（20 ℃）下 ZT 的最大值為 0.16 。
熱電材料用于熱電發(fā)電機，通過溫度梯度將熱能轉(zhuǎn)化為電能。使用熱電優(yōu)值（ZT）來表征熱電材料的性能。為了計算熱電優(yōu)值，必須知道熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)。與相應(yīng)的塊狀材料相比，金屬薄膜具有較低的熱導(dǎo)率，而電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)受影響較小，因此 ZT 值較高。金屬薄膜在工業(yè)上具有廣泛的應(yīng)用，例如用于集成電路的制造。
采用直流磁控濺射法制備了厚度為 100 nm 的金（Au）納米層，在 225 ~ 375 K 的溫度范圍內(nèi)測量其熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率和塞貝克系數(shù)，由這些參數(shù)計算得到 ZT 值。測得該薄膜的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性約為塊狀材料的一半。結(jié)果表明了經(jīng)典尺寸效應(yīng)的明顯影響，并得到了驗證，與 Wiedemann-Franz 定律完全一致。
鉆石以其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能而聞名。CVD（化學(xué)氣相沉積）金剛石樣品通常達到 1000 至 2200 W/(m?K) 之間的熱導(dǎo)率，稀有和高純度樣品甚至高達 3320 W/(m?K) 。這種特性使金剛石成為高性能電子、激光系統(tǒng)和其他需要高效熱管理的應(yīng)用的理想散熱材料。準確測量金剛石樣品的熱導(dǎo)率對于優(yōu)化材料質(zhì)量和了解其在苛刻熱環(huán)境中的性能至關(guān)重要。
為什么鉆石具有如此高的導(dǎo)熱性和熱擴散率？
金剛石的導(dǎo)熱性源于其獨特的原子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)：
1、強共價鍵：三維四面體結(jié)構(gòu)中的每個碳原子都與其他四個碳原子以共價鍵結(jié)合，形成了一個剛性晶格，可以有效地傳遞熱量。
2、低原子質(zhì)量：碳原子相對較輕，因此可以快速振動，這有利于通過晶格振動（也稱為聲子）快速傳遞熱量。
3、高聲子速度：由于聲子的剛性和強大的原子間作用力，聲子的速度很高，這使得熱能在晶格中傳播得更快。
4、高 Debye 溫度：即使在高溫下，金剛石的結(jié)構(gòu)也能支持高頻振動，從而保持導(dǎo)熱性能。
5、低聲子散射：對稱的晶體結(jié)構(gòu)最大限度地減少了散射，因此聲子可以長距離傳播而不會損失能量。
6、同位素純度：金剛石均勻的原子質(zhì)量進一步減少了散射，從而增強了聲子的傳播。
這些因素使金剛石成為需要高導(dǎo)熱性材料的應(yīng)用的理想選擇，例如電子設(shè)備和高功率激光系統(tǒng)的冷卻。
具有高導(dǎo)熱性的金剛石樣品可以使用林賽斯 TF-LFA L54 進行分析，該分析儀使用頻域熱反射技術(shù)來表征材料的熱性能，并確保在高效散熱至關(guān)重要的應(yīng)用中進行質(zhì)量控制。由于晶粒尺寸、純度和厚度等因素都會影響傳輸性能，因此準確的熱導(dǎo)率測量對于驗證金剛石樣品的質(zhì)量和性能至關(guān)重要。
頻域熱反射法（FDTR）是測量 CVD 金剛石等材料熱導(dǎo)率的首選方法，尤其是在薄膜和微尺寸樣品中，高空間分辨率是必不可少的，林賽斯 TF-LFA L54 是實現(xiàn)這一目的的理想工具。
FDTR 使用調(diào)制激光在樣品中誘導(dǎo)局部加熱，并測量材料在不同調(diào)制頻率下的熱反射響應(yīng)。這項技術(shù)允許研究人員通過模擬金剛石及其界面的熱流來確定其熱導(dǎo)率。
來源：
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