新原理に基づくレーザーフラッシュ法による金属・半導体融体の熱拡散率測定

開発した試料セルを用いて、レーザフラッシュ法により純金属(鉄、コバルト、ニッケル)融体の熱拡散率測定を測定した。また、半導体ではゲルマニウム融体の熱拡散率を測定することができた。本研究で開発した試料セルでは、容器と融体試料の接触を避けることができず、試料容器への熱の逃げの測定値への影響を定量的に評価することが重要である。この問題を解決するために、容器/融体試料/容器の三層からなる数値モデルを開発した。このモデルでは各層の間の界面熱抵抗を考慮するとともに、融体試料の表面からの放射伝熱による熱損を考慮して数値計算により、各因子の測定に与える影響の評価を行った。数値計算の結果から、本測定法では融体試料と容器の間の界面熱抵抗は無限大とみなしてよく、高温における放射伝熱よる熱損失のみを考慮すれば、精度の高い熱拡散率の値を得られることが明らかとなった。測定した熱拡散率の値はいずれの場合も正の温度依存性を示した。金属融体の熱拡散率の値は、融点近傍の固体状態のときの熱拡散率の値に比べて、いずれの場合も小さい値となった。また、各融体の密度、比熱の文献値から熱伝導率も算出した。ここで得られた各金属融体の熱伝導率と電気伝導率の文献値による実験式から、Wiedemann-Franz則におけるLorenz数L_Tの算出も行った得られたLorenz数の値は理論値に近い値を示した。このことは、これらの融体の熱エネルギーの移動は主に伝導電子によって担われていることを示唆している。

開発した試料セルを用いて、レーザフラッシュ法により純金属(鉄、コバルト、ニッケル)融体の熱拡散率測定を測定した。また、半導体ではゲルマニウム融体の熱拡散率を測定することができた。本研究で開発した試料セルでは、容器と融体試料の接触を避けることができず、試料容器への熱の逃げの測定値への影響を定量的に評価することが重要である。この問題を解決するために、容器/融体試料/容器の三層からなる数値モデルを開発した。このモデルでは各層の間の界面熱抵抗を考慮するとともに、融体試料の表面からの放射伝熱による熱損を考慮して数値計算により、各因子の測定に与える影響の評価を行った。数値計算の結果から、本測定法では融体試料と容器の間の界面熱抵抗は無限大とみなしてよく、高温における放射伝熱よる熱損失のみを考慮すれば、精度の高い熱拡散率の値を得られることが明らかとなった。測定した熱拡散率の値はいずれの場合も正の温度依存性を示した。金属融体の熱拡散率の値は、融点近傍の固体状態のときの熱拡散率の値に比べて、いずれの場合も小さい値となった。また、各融体の密度、比熱の文献値から熱伝導率も算出した。ここで得られた各金属融体の熱伝導率と電気伝導率の文献値による実験式から、Wiedemann-Franz則におけるLorenz数L_Tの算出も行った得られたLorenz数の値は理論値に近い値を示した。このことは、これらの融体の熱エネルギーの移動は主に伝導電子によって担われていることを示唆している。