综合测量微纳米线材热物性、电物性和热电转换性能高集成仪器装置的研制

基本信息
批准号:51327001
项目类别:专项基金项目
资助金额:320.00
负责人:张兴
学科分类:
依托单位:清华大学
批准年份:2013
结题年份:2017
起止时间:2014-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李志信,孟继安,徐向华,马维刚,王海东,缪婷婷,刘锦辉,贾琳,李秦宜
关键词:
热物性电物性纳米线材热电转换性能高集成仪器装置
结项摘要

As a typical nanomaterial, nanoscale filamentary material has wide applications. The properties of nanoscale filamentary material are significantly different from bulk, and the measurement method for bulk materials even cannot be applied on nanoscale filamentary material. And hence, development of the precise measurement method for nanoscale filamentary material is becoming the frontier research and has been attracting intense interest. The project aims at the development of an innovative and highly integrated instrument for comprehensively measuring the thermophysical, electrical and thermoelectric properties of micro/nanoscale filamentary material from 2.8 K to 500 K, including thermal conductivity, thermal diffusivity, heat capacity, electrical conductivity, and Seebeck coefficient. The AC-DC measurement principle will be proposed and the corresponding innovative measurement methods will be developed, including the sample suspending/one dimensional steady state method, the T type method, the 3omega-T type method and the AC heating - DC detecting T type method. The principle of virtual lock-in amplifier will be proposed and the corresponding system will be developed on the LabVIEW platform. A high vacuum constant temperature system (2.8 K-500 K) will be built. An instrument control and data acquisition system will be developed to integrate the above-mentioned methods and systems. Finally a highly-integrated instrument for micro/nanoscale filamentary material thermophysical, electrical and thermoelectric properties comprehensive measurement from 2.8 K to 500 K will be developed, which is expected to fill the gaps in comprehensive measurement of the properties of nanoscale filamentary material.

纳米线材作为典型纳米材料具有广阔的应用前景,其性能与宏观材料显著不同且宏观尺度下的表征方法难以适用,开发精确测量纳米线材性能的方法成为国际前沿和热点之一。项目旨在开发具有原理创新的综合测量微纳米线材热物性、电物性和热电转换性能的高集成仪器装置,实现对微纳米线材热导率、热扩散率、比热、电导率和塞贝克系数在2.8-500K范围的精确综合测量。项目拟提出交-直流混合测量原理,开发和完善申请人发明的同时测量热导率和电导率的悬架一维稳态法,测量热导率、热扩散率、比热和吸热系数的T形法、3omega-T形法和测量塞贝克系数的交流加热-直流探测T形法;提出虚拟锁相概念,开发虚拟锁相测量系统;搭建2.8-500K高真空低温恒温系统,构建统一的仪器控制和数据采集系统将上述各方法和系统高度集成。研制一套2.8-500K综合测量微纳米线材热物性、电物性和热电转换性能的科学仪器,填补国际上在此研究领域的空白。

项目摘要

纳米线材作为典型纳米材料具有广阔的应用前景,其性能与宏观材料显著不同且宏观尺度下的表征方法难以适用,开发精确测量纳米线材性能的方法成为国际前沿和热点之一。项目提出了交-直流混合测量原理,开发和完善了申请人发明的同时测量热导率和电导率的悬架一维稳态法,测量热导率、热扩散率、比热和吸热系数的T形法、3omega-T形法和测量塞贝克系数的交流加热-直流探测T形法,发展了测量热导率和热电性质的H形法。提出了虚拟锁相概念,开发了虚拟锁相测量系统,克服了普通商用锁相放大器测量受动态存储限制和低频时(<0.1 Hz)测量时间过长和相位不稳定的缺陷;购置、搭建并校验了温控范围达到2.8 K-500 K的高真空恒温系统,保证温控精度达到0.1 K。使研制的仪器装置测量环境温度在2.8 K-500 K可调,真空度达到10-4 Pa。项目通过仪器原理开发、硬件配置、软件开发、误差分析、仪器标定和实际微、纳米尺度样品测试等系统研究,研制了一套具有原理性创新的综合测量微纳米线材热物性、电物性和热电转换性能的高集成仪器装置。该仪器可综合测量微纳米线材的电导率、电阻温度系数、热导率、热扩散率、吸热系数、比热、塞贝克系数和优值系数。测量了直径为25μm的铂(99.95%)和直径为80μm康铜(Constantan, 60% Cu 40% Ni) 的物性参数,和已有文献结果比较,校验了该仪器装置的测量精度,并开展了详细的误差分析,分析结果表明仪器的测量不确定度可达到预定的各项指标。在研制的仪器装置上,项目开展了实际微、纳米尺度样品的热物性、电物性和热电转换性能研究与测试:综合研究了微米量级石墨烯纤维、钯基非晶合金丝、碳化硅纤维和有机热电纤维的热物性、电物性和热电转换性能;积累了各材料在不同温度的物性数据,研究了物性随温度及微观结构等的变化规律和物理机制。综合表征了单根多壁碳纳米管,硫化镉纳米线和单层石墨烯条带的热物性、电物性和热电转换性能等。原位表征了受聚焦离子束辐照石墨烯条带的热物性,并首次在二维材料石墨烯中实验实现了高达26%的热整流。项目开发的综合测量微纳米线材热物性、电物性和热电转换性能的高集成仪器装置具有原理创新,填补了国际上在此研究领域的空白。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022
3

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

一种光、电驱动的生物炭/硬脂酸复合相变材料的制备及其性能

DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0221
发表时间:2022
4

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

正交异性钢桥面板纵肋-面板疲劳开裂的CFRP加固研究

DOI:10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201185
发表时间:2021
5

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021

张兴的其他基金

批准号:51677049
批准年份:2016
资助金额:64.00
项目类别:面上项目
批准号:81903980
批准年份:2019
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51077034
批准年份:2010
资助金额:37.00
项目类别:面上项目
批准号:39170089
批准年份:1991
资助金额:3.30
项目类别:面上项目
批准号:50730006
批准年份:2007
资助金额:180.00
项目类别:重点项目
批准号:61771065
批准年份:2017
资助金额:67.00
项目类别:面上项目
批准号:51277051
批准年份:2012
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
批准号:51636002
批准年份:2016
资助金额:310.00
项目类别:重点项目
批准号:39970506
批准年份:1999
资助金额:12.00
项目类别:面上项目
批准号:50976053
批准年份:2009
资助金额:39.00
项目类别:面上项目
批准号:31300788
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71403214
批准年份:2014
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61001117
批准年份:2010
资助金额:22.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:50676046
批准年份:2006
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:39622001
批准年份:1996
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:61372114
批准年份:2013
资助金额:76.00
项目类别:面上项目
批准号:30471156
批准年份:2004
资助金额:21.00
项目类别:面上项目
批准号:11705178
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31670981
批准年份:2016
资助金额:62.00
项目类别:面上项目

相似国自然基金

1

水合物沉积物物性参数实时测量集成系统的研制

批准号:11072245
批准年份:2010
负责人:王淑云
学科分类:A1301
资助金额:59.00
项目类别:面上项目
2

毫微晶材料的研制、结构和物性的研究

批准号:58880001
批准年份:1988
负责人:吴希俊
学科分类:E0104
资助金额:5.60
项目类别:专项基金项目
3

制冷机做冷源的液氦到室温宽温区固体材料热物性测量装置研制

批准号:51027001
批准年份:2010
负责人:龚领会
学科分类:E0606
资助金额:200.00
项目类别:专项基金项目
4

纳米结构超级绝热材料的热物性和热设计

批准号:50276003
批准年份:2002
负责人:张欣欣
学科分类:E0606
资助金额:27.00
项目类别:面上项目