华科江普庆：揭示热反射实验中热物性参数的内在关联

作者：ThermoLab

华中科技大学能源与动力工程学院

研究背景：

热反射实验（如瞬态热反射法TTR、时域热反射法TDTR、频域热反射法FDTR、稳态热反射法SSTR、空间域热反射法SDTR、方脉冲热源法SPS）以及3-omega方法，被广泛应用于研究多层薄膜与半无限大衬底结构的热物性参数。这些参数包括：每层薄膜的面内热导率k_r、纵向热导率k_z、体积比热容C、厚度h、层间界面热导G及光斑半径r₀。其中，部分参数相对独立，而另一些参数则具有强关联性。厘清这些参数间的关系，不仅能帮助研究者优化实验设计，还能明确：哪些参数需作为已知输入、哪些参数对结果影响较小、以及哪些参数可通过拟合精确获得。

近期进展：

华中科技大学能源与动力工程学院江普庆研究员课题组采用“奇异值分解（SVD）”方法，系统分析了热反射实验中各参数的敏感性系数间的关系，揭示了参数间的内在规律。这项研究深化了对热反射现象的理解，为实验优化提供了重要的理论依据。

研究主要发现：

针对面内各向同性的多层结构，热测量实验涉及到的样品参数汇总如表1。此外，参数还包括光斑半径r₀和调制频率f₀。

       通过SVD方法，明确了这些参数的敏感性系数之间存在如下关系：

       进一步发现，这些参数之间存在如下组合关系：

       这些组合参数的敏感性系数可通过单个参数的敏感性系数组合而得：

该研究成果为准确测量热物性参数和优化实验设计提供了新的方法论指导，为热反射技术在微纳尺度热传递研究中的应用奠定了坚实基础。该项成果以封面文章发表在《物理学报》：doi: 10.7498/aps.73.20241369

更多细节可参考文献：

 [1] 陈韬, 江普庆, 揭示热反射实验中热物性参数的本征关系, 物理学报, DOI (2024) 1-16.

 [2] T. Chen, P. Jiang, Unraveling Complex Relationships in Thermoreflectance Experiments, arXiv preprint arXiv:2410.08480, DOI (2024).

u  通信作者简介

江普庆，华中科技大学能源与动力工程学院研究员、博士生导师。2004 至2010 年就读于清华大学热能工程系，获热能工程及工程热物理专业学士、硕士学位；2010 至2015 年就读于新加坡国立大学，获机械工程专业博士学位。2016 至2021 年先后在美国科罗拉多大学博尔德分校和匹兹堡大学从事博士后研究。2021 年任职华中科技大学，入选湖北省高层次引进人才、“武汉英才”产业领军人才。长期专注于微纳尺度热输运性质实验测量方面的研究。研究兴趣包括：开发新型微纳尺度热物性测量实验技术、测量与改进异质界面热阻、高温高压等极端条件下的微纳尺度热测量、以及芯片与微电子器件中界面和微纳结构材料的热性质及热输运机理。个人主页： http://energy.hust.edu.cn/info/1105/8180.htm