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基于独立型传感器测量微尺度热物性

导读: 中国科学院工程热物理研究所传热传质研究中心科研人员针对微尺度热物性测量难题提出了一种自适应基于独立型传感器的3ω技术,可较为准确地得到数十微米厚微孔膜的有效热导率。

  在膜蒸馏领域,微孔膜的热导率直接决定着膜蒸馏工艺的热效率,因此,其精确测量一直是研究热点。然而,该类微孔膜的厚度往往小于100微米,在该尺度下,常规热物性表征技术已不再适用,造成了热导率实验表征的困难。

  关于微孔膜热导率精确表征的实验技术十分罕见,大部分膜蒸馏材料学家仅能依赖简单的多孔材料热传导计算公式(如串联模型、并联模型、串并联混合模型)估算商用微孔膜的等效热导率值。因此,开发适用于数十微米厚微孔膜的热导率测量技术变得日益迫切。

  近日,中国科学院工程热物理研究所传热传质研究中心科研人员针对这一微尺度热物性测量难题进行了较深入研究。科研人员提出了一种自适应基于独立型传感器的3ω技术(图1、图2),通过分别测试5层对称结构(基底-微孔膜-传感器-微孔膜-基底)及作为对照组的3层对称结构(基底-传感器-基底)的独立型传感器的温度响应信号(图1),结合提出的数学模型,可以较为准确地得到数十微米厚微孔膜的有效热导率。

  图1 (a) 对称5层(基底-微孔膜-传感器-微孔膜-基底)表征结构示意图,(b)作为对照组的对称3层(基底-传感器-基底)表征结构。曲线图表示不同表征结构对应的频域内独立型传感器的温度响应信号。

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