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微型温度计:看我,再小的温差我也能搞定

发布时间:2018-05-17 08:59   信息来源:易智网

文章来源:新材料在线

东京工业大学的科研人员研制了一种微米级的温度计,它能灵敏地检测的到光束和电子束产生的热量,并能实时捕捉到微小、瞬时发生的热量变化。这一新设备可以用于探测微米级甚至纳米级的热传输,光学显微镜和同步加速辐射实验中。

当今市场急需一种可以准确、随时随地测量纳米级热行为的装置,因为这样的技术可用于光热治疗以及在晶体、光学领域等的前沿研究。此外,配有纳米级热源和检测器的微型热显微镜系统对设计未来的新型纳米级器件至关重要,毕竟这还涉下一代晶体管的发展。

热电偶是根据热电效应测量温度的传感器,由两个不同成分材质的电导体组成闭合回路,当两端存在温度梯度时,回路中就会产生电流,此时这两端之间就存在电动势,即热电动势。热电动势与两端导体材质以及温度差有关,所以可以由此进行测温。东京工业大学最近开发的微型热电偶对许多领域的研究人员而言都具有重要意义。该器件由氮化硅膜上的金和镍热电偶组成,体积极小,以至于电极只有2.5μm,膜厚度仅有30nm。但是对于要用作热表征装置即温度计的系统,其必须要对温度变化的灵敏性极高。同时新开发的微型热电偶对由激光和电子束产生的热量具有高响应性。更重要的是,无论采用哪种方式加热,新开发的热电偶都能测量到温度微小的变化。

尽管成熟的微型化工艺已被用于制备微型热电偶,但是又对关键的环节进行了重要的改进。在现有的方法中,首先创建宽度为几微米的金属条的交叉图案,从而生成热电偶。东京工业大学的研究人员和他们的同事们用这种技术在纳米薄氮化硅膜上创建了一个图案,不仅增强了器件的灵敏度,而且加快了响应性能。通过这种方法,通过纳米薄氮化硅膜制备的可以快速测量微小温度变化的温度计成功问世。

总之,微型热显微镜系统必须要有纳米级热源和纳米级检测器。研究人员创造性地满足了这些要求,他们用纳米薄膜和紧密聚焦的激光或电子束来创建直径小于1μm的热源。这样再结合微型热电偶检测器,就是纳米级热显微镜系统了。这个系统正是一个新的“工具箱”,可以用于研究微观和纳米尺度的热传输行为,在很多领域都有许多重要的应用。