Characterization of nanostructured materials for thermal conduction and heat transfer control
L'objectiu principal d'aquesta tesi és l'estudi de les propietats tèrmiques de materials nanoestructurats com un mitjà per controlar el transport de calor. Per a aquest propòsit s’han portat a terme mesures tèrmiques amb diferents tècniques experimentals a escales que cobreixen desene...
| Author: | |
|---|---|
| Format: | doctoral thesis |
| Status: | Published version |
| Publication Date: | 2017 |
| Country: | España |
| Institution: | CBUC, CESCA |
| Repository: | TDR. Tesis Doctorales en Red |
| OAI Identifier: | oai:www.tdx.cat:10803/405520 |
| Online Access: | http://hdl.handle.net/10803/405520 |
| Access Level: | Open access |
| Keyword: | Transport del calor a escala nano Nanoscale heat transport Microscopi tèrmic d'escombrat Scanning thermal micocoscopy Termometria Raman Raman thermometry Ciències Experimentals 538.9 |
| Summary: | L'objectiu principal d'aquesta tesi és l'estudi de les propietats tèrmiques de materials nanoestructurats com un mitjà per controlar el transport de calor. Per a aquest propòsit s’han portat a terme mesures tèrmiques amb diferents tècniques experimentals a escales que cobreixen desenes de micròmetres fins a per sota de 50 nanòmetres. En aquest tesi s’estudien i es presenten dues tècniques experimentals en particular: (a) la microscòpia tèrmica d’escombrat (SThM) i (b) la termometria Raman amb dos làsers (2LRT). Aquestes tècniques s'han aplicat àmpliament per mesurar amb èxit propietats tèrmiques en diversos nanomaterials. En particular, s'investiguen dues configuracions del silici emprant 2LRT: (a) membranes de silici amb gruixos que van de 8 a 1000 nm i (b) membranes poroses periòdiques amb diferents paràmetres de xarxa i membranes amb patró desordenat. Els resultats obtinguts han mostrat que la conductivitat tèrmica en el pla de les membranes i la seva evolució en temperatura, des de la temperatura ambient a aproximadament 1000 K, es poden reduir i ajustar de manera eficaç per mitjà de (i) el gruix i (ii) el patró periòdic(forats). Atribuïm la reducció de la conductivitat tèrmica a l'escurçament del camí lliure dels fonons a causa de la dispersió difusa (incoherent) fonó en els límit de les superfícies. Hem demostrat a més que la dependència de la conductivitat tèrmica amb la temperatura en l’interval d'alta temperatura (400 a 1000 K) es regeix per fonons amb el camí lliure mitjà menor que 200 nm. Per investigar el transport tèrmic en nanoestructures suportades i a escala més petita, s’ha estudiat la transferència de calor entre sensors de sonda d’escombrat escalfats i els nanomaterials, com ara, (i) nanofils epitaxials en el pla d’aliatge Si1-xGex i (ii) nanoestructures basades en copolímer de blocs autoassemblats. En aquestes últimes estructures s’han aconseguit imatges tèrmiques d'alta resolució en estructures de mida per sota de 50 nm i amb resolució espacial per sota de 20 nm. La combinació de les dues tècniques experimentals ha estat crucial per a la caracterització tèrmica dels diferents sistemes de materials i la millor comprensió dels aspectes fonamentals del transport tèrmic. |
|---|