微纳米尺度下点接触的能量输运机理的研究

接触/界面能量输运性质的研究是航天航空、微电子技术等领域的关键课题之一，开展相关实验和理论研究具有重要的科学意义和实用价值。在微纳米尺度点接触热阻研究方面，本项目设计加工了由交叉微米线构成的点接触热阻检测仪，搭建了直流稳态法和3-omega法的实验平台，分析了温度、作用力、材料和尺寸等因素对点接触热阻和接触电阻的影响；结合力学模型和Ansys软件，模拟得到了接触点的尺寸，计算了接触热阻随作用力的变化曲线；用原子力显微镜分析了进行腐蚀处理过后的金属纤维表面形貌，由于绝缘层的存在，Wiedemann-Franz定律在金属接触点出并不适用，Lorenz数随作用力增加而增大最后趋于稳定；由于电子平均自由程大于接触点尺寸，推导得到的接触点尺寸随温度升高而增大，因此必须考虑弹道能量输运过程。在界面传热研究方面，用原子力显微镜表征了金属薄膜表面粗糙度和厚度，用俄歇电子谱分析了沿厚度方向的元素分布，用飞秒激光热反射法测量得到的Al/Si界面热导随磁控溅射功率增加而增大，随负偏压增加而减小；通过化学气相沉积方法制备了石墨烯，采用磁控溅射和热蒸镀两种方法沉积了Al 薄膜，由于石墨烯的介入阻碍了界面原子间扩散，因此在一定条件下将增大界面热导。通过接触以及界面传热的研究工作，深入探讨了界面能量输运机理，发展了微纳米尺度传热测量技术，为进一步研究原子/分子接触处能量输运过程提供了有利理论和技术支持。