飞秒激光抽运探测法固液界面热输运机理研究

【摘要】本文对飞秒激光抽运探测实验系统进行了改进,实现了对宽温度范围、多物质状态纳米材料内部及界面热输运性质的研究。该实验系统使用波长为800nm的飞秒脉冲激光作为探测激光,使用BIBO晶体倍频得到的波长为400nm的激光作为抽运激光,该设计保证了Al传感层对探测光具有最高的光热反射系数,因此探测信号具有最高的温度灵敏度。同时,截止滤光片对抽运激光的滤出效率可以达到OD7以上,保证了将抽运激光对探测信号的影响降低到最小。另外,正弦调制信号和低通滤波器的使用降低了探测信号中的高频噪声,CCD摄像机显微系统则保证了测量位置的精确选取。这些改进极大地提高了飞秒激光抽运探测实验系统的测量敏感度和精度,为我们进一步研究纳米材料中更复杂的热输运过程提供了基础。利用该实验系统我们首先研究了多层薄膜纳米结构中的热输运过程,建立了用于飞秒激光抽运探测实验数据分析的理论模型,并对体材料及纳米薄膜材料的热导率、热容以及界面热导等热物性进行了测量。本文研究了纳米薄膜热物性的测量和数据处理方法,提出了用于获得纳米薄膜热物性的简化热输运模型,证明了热导率与界面热导的错误分离会导致薄膜热物性存在尺度效应的假象。另外,本文还提出了一种能够通过一组飞秒激光抽运探测实验数据同时获得体材料热导率和热容的数据处理方法。本文在飞秒激光抽运探测实验系统基础上建立了真空低温保持系统,利用该系统对各向同性和各向异性材料热物性对温度的依赖性进行了测量。测量结果显示界面热导对温度的依赖性较小,而材料的热导率则随温度的升高逐渐降低,在高于室温的情况下,大多数材料的热导率与温度近似呈反比例关系,结果与德拜模型吻合。各向异性晶体材料结构致密的晶向热导率较高,各晶向的热导率随温度的升高逐渐接近,预计在高温导致晶体结构破坏的情况下,各晶向的热导率差别将不复存在。本文在飞秒激光抽运探测实验系统基础上建立了用于测量液体热物性的实验平台以及用于数据处理的双向热输运模型,利用该平台对液体的热导率和固液界面热输运性质进行了测量,并主要研究了固液界面热导的影响因素。本文通过在固体表面制备自组装单分子层(SAM)得到了不同性质的固液界面,测量结果显示固液界面热导同时受到固液界面浸润性和界面两侧材料分子振动态密度匹配程度的影响。本文通过实验观察到SAM在固液之间起到了“热桥”的作用,可以显著提高固液界面的热输运能力,分子动力学模拟显示了这种热输运能力的提高是由于SAM改善了界面两侧分子振动态密度的匹配程度,而分子振动态密度匹配程度对界面热输运的影响远超过固液界面浸润性的影响,这是国际上首次明确证实了分子振动态密度匹配对固液界面热输运性能的提升起到了至关重要的作用。
【作者】孙方远；
【导师】唐大伟；
【作者基本信息】中国科学院研究生院（工程热物理研究所），工程热物理，2014，博士
【关键词】飞秒激光抽运探测；纳米材料；热导率；界面热导；温度依赖性；自组装单分子层；液体浸润性；分子振动态密度匹配；

【参考文献】
[1]于青平.沉默权制度和米兰达规则的本土化分析[D].山东大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[2]鲁彦成.基于双托盘管理的船舶管子车间生产控制研究与应用[D].重庆大学,工业工程,2014,硕士.
[3]骆越元.国际贸易中食品安全问题研究[D].西南政法大学,国际法学,2012,硕士.
[4]邹诗谧.儿童公园信任游戏环境研究[D].湖北工业大学,设计艺术学,2014,硕士.
[5]刘东旭.不锈钢切削加工过程宏介观模拟[D].燕山大学,机械工程,2014,硕士.
[6]亢秀红.针刺治疗难治性咳嗽的临床观察[D].北京中医药大学,中医学,2014,硕士.
[7]高岩.论VFW新型网络毒品犯罪的法律防治[D].山东大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[8]周子鑫.基于Bizware平台的基金代销系统的设计与实现[D].哈尔滨工业大学,软件工程,2013,硕士.
[9]薛亚男.阐释学视角下《生死疲劳》英译本中译者的主体性[D].延安大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[10]何燕红.英汉“牛”的隐喻认知研究[D].福建师范大学,英语语言文学,2012,硕士.
[11]袁涛.联通计费账务系统账务处理的设计与实现[D].电子科技大学,电子与通信工程（专业学位）,2012,硕士.
[12]石世赛.钢管混凝土系杆拱桥吊杆更换技术研究[D].华南理工大学,建筑与土木工程,2012,硕士.
[13]程逊.独立学院大学生思想政治教育工作研究[D].西安电子科技大学,思想政治教育,2013,硕士.
[14]赵平.高速铁路站场设计及参数优化研究[D].北京交通大学,2011.
[15]郭超1,梁晓庚1,2,王俊伟3.基于非线性干扰观测器的拦截弹动态逆控制[J].系统工程与电子技术.
[16]朱勇忠.深圳腾飞医药公司发展战略研究[D].西北大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[17]王晶晶.过程写作法在高中英语写作课程中的应用[D].辽宁师范大学,学科教学（专业学位）,2012,硕士.
[18]汤满成.小学教师培训研究[D].北京交通大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[19]周成飞.纳米增强聚(氨酯-酰亚胺)泡沫的研究[J].高分子通报,2014,02:54-59.
[20]徐承伟,吕勇哉.模糊系统的串联补偿解耦[J].自动化学报,1987,03:177-183.
[21]卢盛荣.当前我国转型社会腐败的社会控制机理[D].福建师范大学,社会学,2004,硕士.
[22]胡泽春,王锡凡.考虑负荷概率分布的随机最优潮流方法[J].电力系统自动化,2007,16:14-18+44.
[23]孟凡龙.基于多波段的彩色夜视技术的研究[D].南京理工大学,光学工程,2013,硕士.
[24]胡兴华.绿色交通概念解析[J].交通节能与环保,2015,02:56-60.
[25]江云凤.农产品出口补贴法律问题研究[D].山东财经大学,民商法学,2014,硕士.
[26]张翔宇.我国城市商业银行股权结构与经营绩效的实证研究[D].山西财经大学,金融学,2014,硕士.
[27]庄树宏,王克明,陈礼学.昆嵛山老杨坟阳坡与阴坡半天然植被植物群落生态学特性的初步研究[J].植物生态学报,1999,03:47-58.
[28]吴成.高校学生公寓环境噪声及学生烦恼度阈限值的研究[D].深圳大学,建筑技术科学,2013,硕士.
[29]石磊.智能化市场经济预测支持系统研究[D].大连理工大学,2002.
[30]董耀龙.（Ba_(1-x)R_x）（Ti_(1-y)Mn_y）O_3（R=La,Eu）陶瓷的缺陷复合体及介电性质研究[D].吉林大学,凝聚态物理,2013,硕士.
[31]周华兴.妇女更年期症状程度与社会心理文化关系研究[D].云南中医学院,中医基础理论,2012,硕士.
[32]谭伶伶.心理契约和工作嵌入对员工离职的影响研究[D].重庆工商大学,企业管理,2014,硕士.
[33]章晓许.民营企业人力资源成本控制研究[D].北京交通大学,2013.
[34]王晓华.中国铁路产业的规制改革与网运分离[D].东北财经大学,产业经济学,2003,硕士.
[35]任婷月,周万里,张利群,毕春元,李敬龙.一种检测葡萄糖氧化酶活力的新技术[J].食品与发酵工业.
[36]王浩.不同生长时期饲喂戊糖片球菌对AA肉仔鸡肌肉品质的影响[D].东北农业大学,动物营养与饲料科学,2013,硕士.
[37]董燕,张伟.无线广播监测网[J].广播与电视技术,2004,11:36-38+15.
[38]高嘉徽.论男性性权利的刑法保护[D].内蒙古大学,法律,2014,硕士.
[39]刘俊花.CYP4A11和CYP4F2基因多态性与原发性高血压和冠心病的相关研究[D].南方医科大学,药剂学,2012,硕士.
[40]牛逸.Z形医疗平移推车形态及其平移机构的工业设计应用与研究[D].东华大学,工业设计工程（专业学位）,2014,硕士.
[41]RafaelOrtegon.中国文化对在华外国商人的影响与启示[D].宁波大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[42]许国艺.政府研发补贴的差异化互补效应及政策启示[J].广东商学院学报,2015,02:15-21+35.
[43]杨德生.核电站用电缆桥架抗震性能研究[D].中国地震局工程力学研究所,工程力学,2003,硕士.
[44]陈睛今（释传林）.早期印度佛教女性观研究[D].南京大学,中国哲学,2013,硕士.
[45]罗志远.基于QoS的Web服务组合与验证研究[D].浙江工商大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[46]叶娟.《茶花女》的译介与中国现代言情小说的生成[D].上海外国语大学,比较文学与世界文学,2012,硕士.
[47]缪晨晨.我国企业海外R&D投资的区位选择研究[D].南京财经大学,国际贸易学,2012,硕士.
[48]杨小乙.考虑节点内梁纵筋粘结滑移的试验及模拟方法研究[D].重庆大学,结构工程,2014,硕士.
[49]李炜.多种混合模型下的盲信号分离方法研究[D].江南大学,控制理论与控制工程,2014,博士.
[50]赵世豪.海岛设施农业地基的海水混浆水泥土加固机理研究[D].浙江海洋学院,设施农业（专业学位）,2014,硕士.