论文部分内容阅读
金属纳米线在工业航空航天、微电子系统、催化、传感、热电转换系统等工程领域中有广阔的应用前景。金属纳米线由于受尺寸效应影响,其热学和电学性质与体材料相比有很大差别。本文采用直流通电加热法来测量金属纳米线的热电性质。设计搭建了实验测试系统,用直径为19 μm的Pt线作为电阻温度计对测量样品时的环境温度进行了标定。测量了银、铂纳米线的热电性质:在140K温度下银纳米线的电阻率为1.87×10-8Ω·m,要比同温度条件下体材料银的电阻率大很多,室温下银纳米线导热系数为180±40 Wmn-1K-1,洛伦兹数2.5×10-8 WQK-2,与体材料银相近。在200 K时铂纳米线电阻率值为8.4×10-7 Q·m。铂纳米线的导热系数在11Wmn-1K-1~20Wm-1K-1范围内,远低于体材料铂的导热系数。银纳米线样品暴露在空气中24小时之后再次测量,结果与放置在空气前测得值相比银纳米线电阻率、洛伦兹数都增大。由于样品与电极之间存在接触电阻,使用不同的测量方法得到的测量结果也有区别。设计了微结构芯片,使用二线法和四线法两种测量方法测量银纳米线热电性质,以探究接触热阻和接触电阻对测量实验结果的影响。结果表明样品与电极间接触电阻19 Ω左右,并且基本不随温度变化,表明在纳米线与电极接触位置电子主要以弹道输运进行传输。二线法测得银纳米线导热系数比四线法测得值大100 Wmn-1K-1,电导率减小三分之一,表明接触电阻对测量结果有很大的影响。接触热阻的引入会使测得样品的导热系数增大。四线法测量结果证实了 Wiedemann-Franz定律适用于单晶银纳米线。成功测量单根金属纳米线的热电性质后,需要进一步研究金属纳米线管束热电的性质。但是由于纳米线的管束表征相对困难,故实验对象改为碳纤维。实验比较了管束与单根碳纤维测量结果。运用稳态“T”形法来测量碳纤维管束,给出了碳纤维管束外半径与截面积比率的理论模型,测量结果表明,碳纤维管束导热系数随根数变化基本保持稳定。通过此方法可以估测不容易制备单根样品的微纳米线的热学性质。综上实验提供了一种测量金属纳米线热电性质的可靠方法。