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车辆与运载学院第245期学术沙龙——清华大学航天航空学院张兴教授谈“纳米尺度温度和物性测量方法与技术”

20191219日,车辆学院第245期学术沙龙在清华大学汽车研究所301成功举办,此次请到的演讲嘉宾是清华大学航天航空学院张兴教授,演讲题目为:“纳米尺度温度和物性测量方法与技术”。                                        

准确研究热物性是解决能量传递问题的先决条件,目前热物性研究在纳米技术与微纳电子领域、材料领域和能源动力领域面临着技术和材料层面的多重机遇和挑战,为了解决这些极端且复杂的问题,热物性领域的原始创新成为必需条件。张兴教授从原理、方法与技术三个层面为大家介绍了他和团队在热物性领域的纳米尺度研究方向所进行的原始创新。

随着纳米技术的发展,纳米水平上制造、测量和材料操纵开启了新的革命,而纳米材料物性与体材料存在显著差异,必须重新测量。张兴教授介绍了其团队研发的两种新型纳米材料测量装置,即热、电、热电转换性能综合测试装置,以及双波长闪光拉曼热测量装置,并详细阐述了每种装饰所应用的原理、方法和技术创新。

热、电、热电转换性能综合测试装置是根据样品-加热器-传感器一体化和交直流混合原理,应用T型法和综合T型法开发的测试装置,该装置在纳米材料中的应用包括:构造不对称纳米结构石墨烯,其最大热整流系数可达26%;发现并解释了单根Bi2S3纳米线中的金属-绝缘体转变现象;综合表征了多壁碳纳米管、溴掺杂石墨烯纤维等材料的热、电、热电性能。 

芯片内部散热问题是阻碍芯片发展的瓶颈,开发低发热、高热扩散率的纳米材料并辅之以结构调控是解决该问题的途径。原位表征纳米材料热扩散率、揭示界面影响规律对解决芯片内部散热问题具有重要意义。双波长闪光拉曼热测量装置就是在这一背景下应运而生,该装置是根据时间-空间-频域一体化原理,应用时空温度相位法开发出来的,它可以基于体材料验证测量原理,测量悬架和有基底支撑零维、一维、二维纳米结构的热传递物性;在未来,它还能应用于探究界面对纳米材料能量传递的影响规律、各向异性材料热输运性质研究等领域。

最后,张兴教授总结道,通过原始创新,能够解决纳米尺度综合测量(接触式)以及高精度原位测量(非接触式)的难题。


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张兴教授,江苏省张家港市人,现任清华大学航天航空学院教授,博士生导师,工程热物理研究所所长,热科学与动力工程教育部重点实验室副主任。研究领域包括微纳米材料热物性、微纳米尺度流动与传热、强化传热技术、高效节能技术以及氢能、风能、太阳能等高效利用。曾获2018 Hartnett-Irvine Award2018 年度教育部自然科学奖一等奖以及2013年亚洲热物性研究“重大贡献奖”等多个奖项。在国际会议上做了40余次大会特邀报告。发表期刊、国际会议论文400余篇,其中SCI收录200余篇, SCI他引3000余次,连续5年被爱思唯尔评为“中国高被引学者”。参编日文版《新编热物性手册》(2008Yokendo出版社)

本次学术沙龙活动由车辆学院钱煜平老师主持,吸引了100余名左右的师生前来参加。在座的老师及同学们结合自己的科研领域,就张兴教授讲述的材料热物性测量问题展开热烈讨论,在互动环节提出了若干问题与张兴教授交流,包括T型三相接触电阻、锂离子动力电池中温度测量、T型热线搭接问题等,张兴教授就这些问题进行了进一步的讲解。