一種測量單個(gè)納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種測量單個(gè)納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容的方法，將單個(gè)納米顆粒放置在基底上，使用鍍鉑的探針作為加熱器和溫度探測器，探針接觸納米顆粒，通過穩(wěn)態(tài)方法測量抽真空前后探針在同一溫度下不同的發(fā)熱量，即可通過比較求得納米顆粒的對(duì)流換熱系數(shù)；通過針尖增強(qiáng)拉曼散射方法，使用激光加熱納米顆粒，可獲得納米顆粒溫度隨時(shí)間變化曲線，結(jié)合穩(wěn)態(tài)方法測定的對(duì)流換熱系數(shù)，即可測定納米顆粒的比熱容和激光吸收率，本發(fā)明具有測量精度高、樣本安裝簡單、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，為單個(gè)納米顆粒熱物性的測量提供了新的思路。
【專利說明】
一種測量單個(gè)納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容的方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于微納米尺度熱物性測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種測量單個(gè)納米顆粒對(duì) 流換熱系數(shù)和比熱容的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 納米顆粒，通常是指尺寸小于通常微粒而大于原子團(tuán)簇的粒子。由于小尺寸效應(yīng)、 表面與界面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)的影響，納米顆粒的熱、電、光、表面特性等性質(zhì)均與體材料 存在一定的區(qū)別，這些特殊性質(zhì)逐漸引起研究者的廣泛關(guān)注。時(shí)至今日，對(duì)納米顆粒的力學(xué) 特性、磁學(xué)特性、電學(xué)特性、光學(xué)特性及催化作用的研究都已獲得了一定的成果，并取得了 較廣泛的應(yīng)用，然而，對(duì)納米顆粒熱學(xué)性能的研究尚處于起步階段。
[0003] 早在1995年，Choi即針對(duì)懸浮納米顆粒的流體(即納米流體)的熱學(xué)性質(zhì)展開了研 究(Choi S U S. ,ASME-Publications-Fed, 1995,231:99-106)，但納米流體的熱學(xué)性質(zhì)并 不等同于納米顆粒本身的性質(zhì)。2008年，Lu等人采用標(biāo)準(zhǔn)四探針法，測定了平均直徑約60nm 的La〇.4Ca〇.6Mn〇3納米顆粒的比熱容（Lu C L，et al. ,Journal of Applied Physics,2008， 103(7))。研究表明，納米顆粒比熱容隨溫度變化的曲線和體材料不完全相同，低溫下，納米 顆粒的比熱容低于體材料。但此實(shí)驗(yàn)僅能測定大量納米顆粒的平均性質(zhì)，無法區(qū)分樣本中 同時(shí)存在的FM態(tài)和⑶態(tài)的Lao.4Ca〇. 6Mn03顆粒。可知，標(biāo)準(zhǔn)四探針法并不能徹底揭示某一直 徑、某一狀態(tài)下的納米顆粒的性質(zhì)。2007年，Klein等人建立了單個(gè)納米顆粒的物理模型，計(jì) 算得到了納米顆粒努森數(shù)Kn和努塞爾數(shù)Nu的關(guān)聯(lián)式(Klein H H，et al. ,Solar Energy, 2007,81(10): 1227-1239)。但由于此模型在求解時(shí)假設(shè)納米顆粒半徑遠(yuǎn)大于氣體分子平均 自由程，僅在Kn〈〈l時(shí)成立。
[0004] 綜上所述，已有的實(shí)驗(yàn)研究只能得到大量納米顆粒的宏觀熱學(xué)性質(zhì)，單個(gè)納米顆 粒的性質(zhì)還需通過理論計(jì)算獲得。尚未有研究者提出測量單個(gè)納米顆粒熱學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了彌補(bǔ)單個(gè)納米顆粒熱學(xué)性質(zhì)測量領(lǐng)域的空白，本發(fā)明的目的在于提供一種測 量單個(gè)納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容的方法及系統(tǒng)，該方法通過穩(wěn)態(tài)電加熱法和非穩(wěn)態(tài) 針尖增強(qiáng)拉曼閃光法的結(jié)合，使用鍍鉑探針作為加熱器和溫度傳感器，對(duì)比自然對(duì)流環(huán)境 和真空環(huán)境下相同溫升時(shí)納米顆粒的散熱量，測量單個(gè)納米顆粒的對(duì)流換熱系數(shù);使用針 尖增強(qiáng)拉曼閃光法，拉曼光譜的空間分辨率可以達(dá)到l〇nm，由此即可測量納米顆粒溫升隨 時(shí)間的變化，再通過公式擬合得到單個(gè)納米顆粒的比熱容和激光吸收率。此方法彌補(bǔ)了單 個(gè)納米顆粒熱性質(zhì)測量領(lǐng)域的空白，具有測量精度高、樣本安裝簡單、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種測量單個(gè)納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容的方法，首先測定單個(gè)納米顆粒自 然對(duì)流換熱系數(shù)h。將單個(gè)納米顆粒置于基底0上，使用鍍鉑探針作為加熱器加熱納米顆粒。 環(huán)境溫度為To,在鍍鉑探針上通入直流電I，在系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，測量鍍鉑探針上的電壓U' 和電流Γ，通過改變通入直流電I的大小，即可獲得鍍鉑探針電阻R=U'/Γ隨功率P = U'Γ 變化的曲線。電阻R反映了探針的溫升，功率P反映了鍍鉑探針與外界環(huán)境總的熱交換量。分 別測定自然對(duì)流和真空環(huán)境下，鍍鉑探針與納米顆粒1接觸或不接觸情況下電阻R隨P變化 的曲線，選定電阻Ro，其對(duì)應(yīng)自然對(duì)流、接觸納米顆粒曲線功率為Pi，對(duì)應(yīng)自然對(duì)流、不接觸 納米顆粒曲線功率為P 2,對(duì)應(yīng)真空環(huán)境、接觸納米顆粒曲線功率為P3,對(duì)應(yīng)真空環(huán)境、不接觸 納米顆粒曲線功率為P4。則可求得納米顆粒自然對(duì)流換熱量八9 = ?1一？2-？3+?4，溫升為八 T0= (R〇-RTQ)/i3,其中，Rto為環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的鍍鉑探針電阻，β為鉑電阻溫度系數(shù);此時(shí)，即 可根據(jù)公式h= △ Q/(A △ Τ)求得單個(gè)納米顆粒的對(duì)流換熱系數(shù)h，其中，A為納米顆粒表面 積。在自然對(duì)流環(huán)境下，通過針尖增強(qiáng)拉曼閃光法測量納米顆粒比熱容CP和激光吸收率η。 激光器發(fā)射激光，作為加熱光和探測光，加熱納米顆粒并測量納米顆粒溫度，通過鍍鉑探 針，增強(qiáng)拉曼光譜分辨率，即可得到照射在納米顆粒上激光功率為Po時(shí)，納米顆粒溫升A T 隨時(shí)間t變化曲線。當(dāng)t趨于無窮時(shí)，納米顆粒溫升為Δ 1\?，則可通過公式一ln(l- Δ T/ Δ Tm) = ( Δ Q1/ Δ ToPcpV)t測定納米顆粒比熱容cp。納米顆粒激光吸收率η可根據(jù)公式η= Δ Tm Δ Q1/ Δ ToPo求得。其中，P為納米顆粒密度，V為納米顆粒體積，Δ Q1 = P1-P2。
[0008] 本發(fā)明還提供了測量單個(gè)納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容的系統(tǒng)，包括：
[0009] 用于放置納米顆粒的基底；
[0010] 由鍍鉑探針、標(biāo)準(zhǔn)電阻和直流電源串聯(lián)形成的閉合回路，其中鍍鉑探針作為加熱 器加熱所述納米顆粒；
[0011] 用于測量鍍鉑探針電壓的電壓表一；
[0012] 用于測量標(biāo)準(zhǔn)電阻電壓的電壓表二；
[0013] 用于向所述納米顆粒發(fā)出激光作為加熱光和探測光的激光器；
[0014] 連接所述激光器調(diào)節(jié)其加熱功率及加熱時(shí)間的激光發(fā)生器；
[0015] 連接所述激光器以獲取拉曼光譜的拉曼光譜儀；
[0016] 以及，
[0017] 連接所述基底以控制其溫度的溫控平臺(tái)；
[0018] 其中，所述基底、納米顆粒、鍍鉑探針和激光器均設(shè)置在真空腔中。
[0019] 所述納米顆粒為尺度在10~1000 nm范圍內(nèi)的單個(gè)納米顆粒。
[0020] 所述自然對(duì)流環(huán)境為1個(gè)大氣壓下的真空腔，所述真空環(huán)境是指抽真空后的真空 腔，可選用Oxford Instrument的OptIstat DN-V cryostat system，真空度在 10-3Pa以下， 可利用真空栗和分子栗兩級(jí)抽真空，以消除自然對(duì)流的影響，分子栗選用Leybold的TW70H， 所述環(huán)境溫度由溫控平臺(tái)檢測和控制，溫控儀可選用Oxford Instruments的ITC60IPT，控 制精度為±0.1 K。
[0021] 鍍鉑探針、標(biāo)準(zhǔn)電阻、直流電源串聯(lián)形成閉合回路，使用兩個(gè)電壓表分別測量鍍鉑 探針電壓和標(biāo)準(zhǔn)電阻電壓，以獲得通過鍍鉑探針上的電壓和通過鍍鉑探針的電流。直流電 源選用ADCMT62438,電壓表選用Keithley2002。調(diào)節(jié)直流電源輸出電流的大小，即可測定鍍 鉑探針電阻隨功率變化的曲線。鍍鉑探針上涂覆導(dǎo)熱膠，穩(wěn)態(tài)時(shí)鍍鉑探針溫度即為納米顆 粒溫度，通過鉑電阻阻值變化與溫升的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即可測定納米顆粒的溫升。
[0022] 激光發(fā)生器可調(diào)節(jié)激光器的加熱功率及加熱時(shí)間。激光發(fā)生器選用Spectra Physics生產(chǎn)的氬氪離子激光器。由于激光加熱，納米顆粒溫度升高，同時(shí)產(chǎn)生拉曼散射。用 拉曼光譜儀獲得的納米顆粒的拉曼光譜。拉曼光譜儀選用Horiba T64000型三級(jí)拉曼光譜 儀。根據(jù)拉曼光譜峰的偏移，即可測定納米顆粒的溫升。通過連續(xù)改變加熱時(shí)間，測量加熱 后納米顆粒的溫升，即可獲得納米顆粒溫升隨時(shí)間的變化曲線，代入物理模型，可得到單個(gè) 納米顆粒的比熱容及激光吸收率。
[0023]本發(fā)明巧妙的結(jié)合了穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)方法，利用電加熱法標(biāo)定對(duì)流換熱系數(shù)和納米 顆粒與環(huán)境整體的熱交換，再利用分辨率高達(dá)IOnm的針尖增強(qiáng)拉曼閃光法，得到納米顆粒 的比熱容和激光吸收率。本發(fā)明具有測量精度高、樣本安裝簡單、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，更重 要的是填補(bǔ)了單個(gè)納米顆粒熱物理性質(zhì)測量領(lǐng)域的空白，為納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱 容的測量提供了思路。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的物理模型圖。
[0025] 圖2為鍍鉑探針測量對(duì)流換熱系數(shù)示意圖，其中a圖中鍍鉑探針與納米顆粒接觸，b 圖中鍍鉑探針與納米顆粒不接觸。
[0026] 圖3為鍍鉑探針電阻隨功率變化曲線示意圖。
[0027] 圖4為一定加熱功率下，單個(gè)納米顆粒溫升隨時(shí)間變化曲線示意圖。
[0028]圖5為實(shí)驗(yàn)測試電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0030]為了測量納米顆粒的熱物理性質(zhì)，首先需建立物理模型。如圖1所示，假設(shè)納米顆 粒1為球形，存在與環(huán)境的A、B、C三種換熱方式，分別是對(duì)流換熱、輻射換熱及與基底之間的 導(dǎo)熱，納米顆粒1與基底0之間存在接觸熱阻?；诇囟扰c環(huán)境溫度一致，均為To。
[0031] 已知，當(dāng)Μ=?!δ/λ〈0.033時(shí)，可假設(shè)納米顆粒1內(nèi)部溫度均勻，使用集中參數(shù)法求 解。即，將納米顆粒1的導(dǎo)熱視作零維問題，只需符合以下條件：
[0032]
(1)
[0033] 由式（1)可知，納米顆粒1與外界的換熱越強(qiáng)，半徑越大，要求納米顆粒1本身所具 熱導(dǎo)率越大。表1根據(jù)已有數(shù)值模擬結(jié)果(Wang H D，et al .Nanoscale and Microscale Thermophysical Engineering，2013,17(4) :349-365)，給出了不同尺度納米顆粒符合零維 模型時(shí)需滿足的最小熱導(dǎo)率Amin。
[0034] 表1不同尺度納米顆粒需滿足的最小熱導(dǎo)率Amin
[0036] 記納米顆粒溫度為T，環(huán)境溫度為To,納米顆粒表面積為A，則納米顆粒自然對(duì)流換 熱量為：
[0037] Qh=hA (T-To) (2)
[0038] 由于納米顆粒輻射存在近場效應(yīng)，發(fā)射率與體材料發(fā)射率不同，不妨設(shè)等效發(fā)射 率為k，則輻射換熱量：
[0039]
[0040]
[0041] (4) 其中，kTQ可視為與環(huán)境溫度有關(guān)的常數(shù)。
[0042] 假設(shè)基底為熱沉，外界換熱不影響基底溫度，且基底溫度與環(huán)境溫度一致，納米顆 粒1與基底〇之間的接觸熱阻為R。，則納米顆粒1與基底〇之間的換熱量為：
[0043
(5)
[0044] 使用鍍鉑探針2,通過穩(wěn)態(tài)電加熱法，測定納米顆粒1與空氣的對(duì)流換熱系數(shù)h，及 其與外界整體的熱交換，其測量方法如圖2所示。
[0045] 在探針上鍍一層鉑，再將其刻蝕成鉑線并通入直流電，通過測量鍍鉑探針2與納米 顆粒1接觸前后的鉑線電阻R和功率P(即單位時(shí)間發(fā)熱量）。為了減小鍍鉑探針2和納米顆粒 1之間的熱阻，需在鍍鉑探針2與納米顆粒1接觸的一面涂覆導(dǎo)熱膠。分別測定自然對(duì)流和真 空環(huán)境下，鍍鉑探針2與納米顆粒1接觸或不接觸情況下電阻R隨P變化的曲線，如圖2a和圖 213所示。
[0046] 由此，可得到四種不同條件下電阻隨功率的變化曲線，如圖3。選定電阻Ra，其對(duì)應(yīng) 自然對(duì)流、接觸納米顆粒曲線功率為P1(為對(duì)應(yīng)溫度下鍍鉑探針2和納米顆粒1對(duì)流及輻射 散熱量以及納米顆粒1對(duì)基底〇的散熱量之和），對(duì)應(yīng)自然對(duì)流、不接觸納米顆粒曲線功率為 P2(為對(duì)應(yīng)溫度下鍍鉑探針2對(duì)流及輻射散出的熱量），對(duì)應(yīng)真空環(huán)境、接觸納米顆粒曲線功 率為P3(對(duì)應(yīng)溫度下鍍鉑探針2和納米顆粒1輻射散熱量以及納米顆粒1對(duì)基底0的散熱量之 和），對(duì)應(yīng)真空環(huán)境、不接觸納米顆粒曲線功率為P 4(為對(duì)應(yīng)溫度下鍍鉑探針2的輻射散熱 量）。則可得到自然對(duì)流條件下納米顆粒與外界整體換熱系數(shù)：
[0047] ⑷
[0048]
[0049]
[0050] 其中，A Ta = (Ra-Rto)/(?Φτο)，Rto為環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的鍍鉑探針(2)電阻，β為鉑電阻 溫度系數(shù)。
[0051]具體實(shí)驗(yàn)中，為了盡量避免探針與納米顆粒接觸狀況的變化，建議按照自然對(duì)流 非接觸、自然對(duì)流接觸、抽真空接觸、抽真空非接觸的順序進(jìn)行測量。在僅需測量納米顆粒 比熱容，而不需測量對(duì)流換熱系數(shù)的情況下，不需要進(jìn)行真空環(huán)境下的兩次測量。
[0052]此方法可測量的納米顆粒直徑范圍為10~lOOOnm。在式（1)成立的前提下，可認(rèn)為 納米顆粒內(nèi)部溫度均勻，則激光加熱下的納米顆粒可視作零維問題，可使用集中參數(shù)法求 解。
[0053] 設(shè)激光為高斯分布，則納米顆粒導(dǎo)熱方程和邊界條件為：
[0054] (8)
納米顆粒體積，激光高斯分仲Fi」JSiiTX直微:冗訓(xùn)恐功竿人，」、倆疋。[0056] 則方程(8)解為：
[0055] 其中，AT = T-To:
[0057] (9)
[0058] 調(diào)節(jié)激光垂直照射納米顆粒，納米顆粒溫度升高，同時(shí)產(chǎn)生拉曼散射。用拉曼信號(hào) 處理系統(tǒng)處理獲得的納米顆粒的拉曼光譜，根據(jù)拉曼光譜峰的偏移，即可測定納米顆粒的 溫升。激光加熱納米顆粒的時(shí)間長度可調(diào)節(jié)，通過連續(xù)改變加熱時(shí)間，測量加熱后納米顆粒 的溫升，即可獲得納米顆粒溫升隨時(shí)間的變化曲線，如圖4。
[0059] 當(dāng)t趨于無窮時(shí)，記納米顆粒溫升為Δ Too,方程(9)兩邊同時(shí)除以Δ Too并取對(duì)數(shù)，結(jié) 合方程(6)，整理可得：
[0061] 即可通過納米顆粒溫升隨時(shí)間的變化曲線擬合求得單個(gè)納米顆粒的比熱容。[0062] 同時(shí)，此方法可求得納米顆粒激光吸收率：
[0060] n fVv (10) _
(I1)
[0064] 此外，不斷提高激光功率直至納米顆粒恪化，還可測定納米顆粒的恪點(diǎn)。
[0065] 時(shí)間常I
?發(fā)現(xiàn)在給定區(qū)間內(nèi)，τ。單調(diào)遞增。表2給出了一些尺寸 下納米顆粒溫度變化的時(shí)間常數(shù)τ。。
[0066] 表2不同尺度納米顆粒溫度變化時(shí)間常數(shù)Tc
L0068J 根據(jù)表2給出的時(shí)間常數(shù)，可以合理設(shè)置拉曼閃光法脈沖時(shí)間。
[0069] 在具體實(shí)驗(yàn)中，為了盡量減少接觸樣本可能產(chǎn)生的影響，實(shí)驗(yàn)步驟與理論推導(dǎo)順 序不完全一致。其具體測量步驟如下：
[0070] 步驟一:將納米顆粒1放置在基底0上，按圖5完成電路連接。使用溫控平臺(tái)10,使環(huán) 境溫度穩(wěn)走。
[0071] 步驟二:調(diào)節(jié)鍍鉑探針2的針尖位置，以獲得針尖增強(qiáng)拉曼光譜。固定針尖，設(shè)置激 光器3加熱時(shí)間，使用拉曼光譜儀測量加熱后納米顆粒1溫升，改變加熱時(shí)間，得到納米顆粒 1溫升隨時(shí)間變化曲線。
[0072] 步驟三:針尖增強(qiáng)拉曼閃光法測量結(jié)束后，移動(dòng)鍍鉑探針2,在鍍鉑探針2下表面涂 覆導(dǎo)熱膠，分別測定自然對(duì)流和真空環(huán)境下，鍍鉑探針2與納米顆粒1接觸或不接觸情況下 電阻R隨P變化的曲線。自然對(duì)流環(huán)境為1個(gè)大氣壓下的真空腔00,真空環(huán)境是指抽真空后的 真空腔00。其中，鍍鉑探針2、標(biāo)準(zhǔn)電阻6、直流電源5串聯(lián)形成閉合回路，使用電壓表一4測量 鍍鉑探針2的電壓，電壓表二5測量標(biāo)準(zhǔn)電阻6的電壓。激光發(fā)生器8調(diào)節(jié)激光器3加熱功率及 加熱時(shí)間，拉曼光譜儀9獲得納米顆粒1的拉曼光譜。
[0073]步驟四：根據(jù)公式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0074]本發(fā)明不僅局限于上述【具體實(shí)施方式】，本發(fā)明中提出的基于穩(wěn)態(tài)電加熱測量結(jié)合 非穩(wěn)態(tài)拉曼閃光法測量的測試原理可廣泛應(yīng)用于本領(lǐng)域及與之相關(guān)的其它領(lǐng)域，可以采用 其它多種【具體實(shí)施方式】實(shí)施本發(fā)明。因此，凡是采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想，做一些簡單的變化 或更改的設(shè)計(jì)，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種測量單個(gè)納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容的方法，其特征在于，首先測定單個(gè) 納米顆粒的自然對(duì)流換熱系數(shù)h:將單個(gè)納米顆粒置于基底上，使用鍍鉑探針作為加熱器進(jìn) 行加熱，環(huán)境溫度為To，在鍍鉑探針上通入直流電I，達(dá)到穩(wěn)態(tài)后測量鍍鉑探針上的電壓U' 和電流Γ，通過改變通入直流電I的大小，獲得鍍鉑探針電阻R = U7Γ隨功率P = U' Γ變化 的曲線；電阻R反映了鍍鉑探針的溫升，功率P反映了鍍鉑探針與外界環(huán)境總的熱交換量;分 別測定自然對(duì)流和真空環(huán)境下，鍍鉑探針與納米顆粒接觸或不接觸情況下電阻R隨P變化的 曲線，選定電阻Ra，其對(duì)應(yīng)自然對(duì)流、接觸納米顆粒曲線功率為P 1，對(duì)應(yīng)自然對(duì)流、不接觸納 米顆粒曲線功率為P2,對(duì)應(yīng)真空環(huán)境、接觸納米顆粒曲線功率為P 3,對(duì)應(yīng)真空環(huán)境、不接觸納 米顆粒曲線功率為P4;求得納米顆粒自然對(duì)流換熱量Δ Q = P1+ P2- P3+P4,溫升為Δ Ta = (Ra-RT〇)/(i3RT())，其中，Rto為環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的鍍鉑探針電阻，β為鉑電阻溫度系數(shù);再根據(jù) 公式h=AQ/(AA Ta)求得單個(gè)納米顆粒的對(duì)流換熱系數(shù)h，其中，A為納米顆粒表面積；其 次，在自然對(duì)流環(huán)境下，通過針尖增強(qiáng)拉曼閃光法測量納米顆粒的比熱容^，利用激光器發(fā) 射激光，作為加熱光和探測光，加熱納米顆粒并測量納米顆粒溫度，通過鍍鉑探針，增強(qiáng)拉 曼光譜分辨率，得到照射在納米顆粒上激光功率為Po時(shí)，納米顆粒溫升A T隨時(shí)間t變化曲 線，當(dāng)t趨于無窮時(shí)，納米顆粒溫升為ΔΤ?=，通過公式一 ln(l - ΔΤ/ΔΤ?〇 = ( ACh/ATAPCpV) t測定納米顆粒比熱容cP，其中，P為納米顆粒的密度，V為納米顆粒體積，Δ Q1 = P1-P2o2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述測量單個(gè)納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容的方法，其特征在于， 所述單個(gè)納米顆粒的尺度在10~1000 nm范圍內(nèi)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述測量單個(gè)納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容的方法，其特征在于， 所述鍍鉑探針為在普通探針上鍍一層鉑，以實(shí)現(xiàn)電加熱功能，探針尺度需符合零維模型。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述測量單個(gè)納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容的方法，其特征在于， 所述真空環(huán)境是指抽真空后的真空腔，真空度在HT 3Pa以下，利用真空栗和分子栗兩級(jí)抽真 空，所述自然對(duì)流環(huán)境是指1個(gè)大氣壓下的真空腔。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述測量單個(gè)納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容的方法，其特征在于， 所述環(huán)境溫度，即真空腔和基底的溫度，由溫控平臺(tái)檢測和控制。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述測量單個(gè)納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容的方法，其特征在于， 所述鍍鉑探針、標(biāo)準(zhǔn)電阻、直流電源串聯(lián)形成閉合回路，用電壓表測量鍍鉑探針電壓和標(biāo)準(zhǔn) 電阻電壓，通過直流電源調(diào)節(jié)電路電流大小，以測定鍍鉑探針電阻隨功率變化曲線。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述測量單個(gè)納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容的方法，其特征在于， 根據(jù)公式n= A Too Δ Q1/ Δ ToPo求得納米顆粒的激光吸收率II，不斷提高激光功率直至納米顆 粒熔化，測得納米顆粒的熔點(diǎn)。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述測量單個(gè)納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容的方法，其特征在于， 通過激光發(fā)生器調(diào)節(jié)激光器加熱功率及加熱時(shí)間，通過連續(xù)改變加熱時(shí)間，測量加熱后納 米顆粒的溫升，獲得納米顆粒溫升隨時(shí)間的變化曲線。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述測量單個(gè)納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容的方法，其特征在于， 用拉曼光譜儀獲得的納米顆粒的拉曼光譜，根據(jù)拉曼光譜峰的偏移，測量納米顆粒的溫升。10. -種測量單個(gè)納米顆粒對(duì)流換熱系數(shù)和比熱容的系統(tǒng)，其特征在于，包括： 用于放置納米顆粒(1)的基底(〇); 由鍍鉑探針（2)、標(biāo)準(zhǔn)電阻（6)和直流電源(5)串聯(lián)形成的閉合回路，其中鍍鉑探針（2) 作為加熱器加熱所述納米顆粒(I); 用于測量鍍鉑探針(2)電壓的電壓表一 (4); 用于測量標(biāo)準(zhǔn)電阻(6)電壓的電壓表二(5); 用于向所述納米顆粒(1)發(fā)出激光作為加熱光和探測光的激光器(3); 連接所述激光器(3)調(diào)節(jié)其加熱功率及加熱時(shí)間的激光發(fā)生器(8); 連接所述激光器(3)以獲取拉曼光譜的拉曼光譜儀(9); 以及， 連接所述基底(O)以控制其溫度的溫控平臺(tái)（10); 其中，所述基底(〇)、納米顆粒(1)、鍍鉑探針(2)和激光器(3)均設(shè)置在真空腔(00)中。
【文檔編號(hào)】G01N25/20GK105891255SQ201610210661
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月6日
【發(fā)明人】樊傲然, 李秦宜, 馬維剛, 張興
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)