MPR技術測量材料熱物性的研究.pdf

1、調制光熱反射(MPR)技術是一種基于光熱效應建立和發(fā)展起來的光熱測量技術。由于其具有無損檢測和高靈敏度的特點，已被廣泛用于物理、材料工程等領域，并越來越受到人們的重視。作為一種處于發(fā)展中的測量方法，一方面MPR技術有待開發(fā)新的應用領域；另一方面，MPR技術本身仍需要不斷完善和發(fā)展。本文主要研究了MPR技術在測量材料熱物性方面的應用，并相應開展了如下一些工作： 1對利用MPR技術測量塊狀材料的熱物性進行了理論和實驗研究。提出一種利

2、用MPR頻率掃描方法測量固體材料熱擴散率的新思路，建立了相應的實驗系統(tǒng)并進行驗證。結果表明，該方法可有效避免泵浦和探測光斑半徑的測量誤差對熱擴散率測量結果的不利影響。同時，我們利用MPR徑向掃描法測量了塊狀樣品的熱擴散率，得到了較好的實驗結果。 2對利用MPR技術表征薄膜-襯底材料的熱物性進行了研究。首先提出了利用MPR頻率掃描測量薄膜熱物性的新方法，即利用MPR頻響信號同時確定薄膜熱擴散率、襯底熱擴散率和界面熱阻這三個熱學參數(shù)

3、。數(shù)值模擬結果表明，與已有的徑向掃描方法相比，頻率掃描方法中的這三個參數(shù)之間并不存在高度的相關性，因此采用頻響信號進行多參數(shù)擬合，可提高多參數(shù)擬合的收斂性和精確性。其次，對低擴散率薄膜的MPR徑向掃描相位信號進行了分析，討論了在同時擬合薄膜和襯底熱學參數(shù)時的參數(shù)靈敏度和相關性問題，并引入遺傳算法作為多參數(shù)擬合的工具。 結果表明遺傳算法能很好地對高相關性的參數(shù)進行擬合，因此是表征微尺度薄膜熱物性的一種有效工具。 3對各向異

4、性介質受調制激光束輻照下的交變溫度場分布進行研究。分析了各向異性材料表面交變溫度的幅頻和相頻特性，以及材料不同剖面的交變溫度幅度及相位分布，并考慮了材料光熱屬性對交變溫度分布的影響。此外，對利用MPR技術確定各向異性材料熱擴散張量的可行性進行了研究，得到了各向異性材料的MPR信號數(shù)學表達式，并詳細討論了不同情況下得到熱擴散張量方向和大小的方法。結果表明，采用MPR頻響測量技術和徑向掃描測量技術能夠有效地測得各向異性材料的熱擴散張量的大小