一种纳米级别近场热辐射高精度测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种纳米级别近场热辐射高精度测量装置及测量方法，装置包括真空腔，宏动位移台、微动位移台、加热片、制冷片、L型转接板、第一热敏电阻和第二热敏电阻、散热装置、偏转台、外围电路和恒压源；所述微动位移台设置在宏动位移台上，利用微动位移台和宏动位移台的结合，实现1nm到10cm大范围距离的可控移动，可以测量近场热辐射更加精准可以达到百纳米级别，通过实验实现170nm的间隙距离测量近场热辐射量，表面积为5×5mm2，在大平板测量近场热辐射方面我们做到了最小的间距和更高的热辐射效率。

A high precision measurement device and method of near-field thermal radiation at nanometer level

【技术实现步骤摘要】
一种纳米级别近场热辐射高精度测量装置及测量方法
本专利技术属于能量传输的
，涉及一种纳米级别近场热辐射高精度测量装置。
技术介绍
近场辐射对于辐射冷却和热光生电设备(thermo-photo-voltaics)的基础应用研究起着重要的作用,在数据存储中的磁头热处理、热辅助以及其他的微电子机械设备中。适当的应用近场热辐射现象可极大程度上提高光电转化效率,同时近场热辐射在发展可再生能源技术方面有着广泛的应用随着可再生能源、稀土资源的开发以及有色金属的生产与加工,对技术和设备的精确性提出了更高的要求,即在发展新的技术和研究系统光谱辐射特性与传输规律的同时,更需要从微观角度出发,分析近场热辐射传输机理,寻找微观传热的一般规律,进而实现技术与理论的对接。所以,开展微观纳米尺度下的光谱辐射特性与传输理论的硏究,对理解辐射换热的机制与规律,进而提高相关的技术或系统的热设计都有很重要的理论和实践意义。因此，一系列近场热辐射测量实验和文章得到发表，近场热辐射也成了热门研究方向。相近实验方案：第一种是利用改装的扫描探针作为接受热辐射端，利用激光打在扫描探针上，反射光到达四象限仪接收器，通过检查反射光的位置来得到热辐射量。该技术方案利用扫描探针虽然可以达到几纳米级别，但在工程实践中，平板间的近场热辐射更具有研究价值和实用性，且装置复杂，实验可重复性差，不能应用在实际中。第二种是使用微纳米机电系统加工的装置，其中微执行器机构利用热胀冷缩的原理控制两微小平面的间距，来研究近场热辐射现象。该技术方案利用传统机械装置结合微电机器件，结构和制造工艺复杂，需要预先进行力学等形变分析。该技术方案利用上位移加载台，下位移加载台和光纤测距，其实验方法测量不精确，且只能测量微米级别的热辐射，然而近场热辐射比较明显的距离在纳米级别，可使用性不高。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，一种新颖的切骨逻辑而提供的一套操作方便并且可实现准确定位的一种膝关节置换手术用股骨远端个性化切骨导板，且在满足条件的情况下尽量的减材和减少设计难度，提高设计效率。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术一种纳米级别近场热辐射高精度测量装置，包括真空腔，宏动位移台、微动位移台、加热片、制冷片、L型转接板、第一热敏电阻和第二热敏电阻、散热装置、偏转台、外围电路和恒压源；所述微动位移台设置在宏动位移台上，所述宏动位移台用于远距离移动测量，所述微动位移台用于纳米级别移动测量，利用微动位移台高精度但低移动范围和宏动位移台低精度但高移动范围的结合，使得在前进的位移上实现高精度高移动范围；所述L型转接板设置在微动位移台上，所述加热片设置在L型转接板上，所述加热片通过引线连接至真空腔外部，所述第一热敏电阻的一端设置在加热片上；所述偏转台与微动移动台相对设置，所述偏转台通过zc和yc双轴的偏转使得冷源的样品片进行双轴的偏转，所述散热装置设置在偏转台上，所述散热装置与L型转接板相对设置，所述制冷片设置在散热装置上，所述第二热敏电阻的一端设置在制冷片上；所述加热片上设有热源端位置，所述热源端位置用于放置热源端品片，热源端样品片的Vin连接外部恒压源的正极，所述制冷片上设有冷源端位置，所述冷源端位置用于放置冷源端样品片，所述冷源端样品片的金电极先连接外围电路的放大电路，再连接外部恒压源的负极。作为优选的技术方案，通过连接螺丝将L型转接板和微动位移台进行紧密连接。作为优选的技术方案，所述真空腔外设置有精密电表，所述第一热敏电阻和第二热敏电阻的另一端连接至所述精密电表。作为优选的技术方案，通过检查外围电路的电流信号来确定被测样品哪个位置接触，如果电极接上会形成冷源端和热源端短接，这时候有电流通过，通过检查电流，相对应角的金电极接触，通过检测电信号的方式来对平样品片。本实施例纳米级别近场热辐射高精度测量装置的测量方法，包括下述方法：S1、对检测样品进行加工，制作出样品片；S2、将检样品片贴分别在冷源端位置和热源端位置，热源端样品片和冷源端样品片垂直放置；S3、通过宏动位移台往正方向移动样品片，直到热源端样品片和冷源端样品片靠上，如有电信号产生，说明热源端样品片和冷源端样品片某个电极接触，进而说明热源端样品片和冷源端样品片某个角接触，这时候改用微动位移台进行后退离开，然后调节x轴，使得刚才碰上的电极相对远离，接着往前进，重复以上过程，直到两个电极碰上；这时候用微动位移台进行后退离开，然后调节y轴，使得刚才碰上的两个电极相对远离，接着往前进，重复以上过程，直到四个电极都碰上；S4、通过微动位移台和偏转台旋转x轴和y轴的配合使用使得四个电极都有信号产生，这时候冷热源的样品片四个金电极都已经接触上，说明热源端样品片和冷源端样品片已经达到平行；S5、打开加热片和制冷片，通过热敏电阻读取冷热源的温度，并通过调节热源加热器和冷源制冷片的电压，来控制冷热源温度在一个温度值稳定，如果冷源温度高于测定值，则通过调高制冷片电压来实现冷源温度稳定，如果冷源温度低于测定值，我们通过降低制冷片电压来实现冷源温度稳定；S6、样品间距调整好之后连接好数据连并罩好真空罩，将真空腔装置抽真空，当真空腔的真空度达到10^(-4)pa以下，然后打开加热片和制冷片，通过热敏电阻读取冷热源的温度，通过调节热源加热器和冷源制冷片的电压，来控制冷热源温度在一个温度值稳定，S7、然后通过微动位移台后退10nm就可以测量120nm处的近场热辐射能量，这个辐射能量的测量是通过调节冷热源恒压源的电压来保持冷源和热源温度不变，用这个距离下的电压和电流值乘级即功率减去远场的热源功率，得到这个距离下的功率，即测得了近场热辐射值。作为优选的技术方案，所述样品的通过下述方式制得：首先在晶片上沉积负光刻胶附层，然后使用镀膜机溅射沉积50nm厚的金层，用去胶溶液湿润蚀刻不需要的金涂层，并使用相同的掩模，然后，通过剥离剩余的光致抗蚀剂，将金电极焊盘留在石英晶片上，并且可以通过切割晶片来分离样品。作为优选的技术方案，样品制作后，按照以下步骤清洁样品表面：(a)用丙酮洗涤样品；(b)用异丙醇(IPA)洗掉丙酮；(c)用蒸馏水(DI)冲洗样品；(d)干燥使用氮气枪的样品；(e)将样品置于臭氧清洁剂中以除去任何有机污染物。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本专利技术的测量装置，通过电极板电信号使得大平板平行测量热辐射，可以有效的保证实验样品的平行，使得热辐射效率更高。2、本专利技术研究支持表面声子极化的两个宏观sio2板之间的近场辐射能量传递的精确测量。利用微动位移台和宏动位移台的结合，实现1nm到10cm大范围距离的可控移动，可以测量近场热辐射更加精准可以达到百纳米级别，通过实验实现170nm的间隙距离测量近场热辐射量，表面积为5×5mm2，在大平板测量近场热辐射方面我们做到了最小的间距和更高的热辐射效率。3、本专利技术实验中测量了近场热辐射在不同间距下的热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米级别近场热辐射高精度测量装置，其特征在于，包括真空腔，宏动位移台(1)、微动位移台(2)、加热片(6)、制冷片(8)、L型转接板(4)、第一热敏电阻(5)和第二热敏电阻(7)、散热装置(9)、偏转台(10)、外围电路和恒压源；所述微动位移台(2)设置在宏动位移台(1)上，所述宏动位移台(1)用于远距离移动测量，所述微动位移台(2)用于纳米级别移动测量，利用微动位移台高精度但低移动范围和宏动位移台低精度但高移动范围的结合，使得在前进的位移上实现高精度高移动范围；所述L型转接板(4)设置在微动位移台(2)上，所述加热片(6)设置在L型转接板(4)上，所述加热片(6)通过引线连接至真空腔外部，所述第一热敏电阻(5)的一端设置在加热片(6)上；所述偏转台(10)与微动移动台(2)相对设置，所述偏转台通过zc和yc双轴的偏转使得冷源的样品片进行双轴的偏转，所述散热装置(9)设置在偏转台(10)上，所述散热装置(9)与L型转接板(4)相对设置，所述制冷片(8)设置在散热装置(9)上，所述第二热敏电阻(7)的一端设置在制冷片(8)上；所述加热片(6)上设有热源端位置(12)，所述热源端位置(12)用于放置热源端品片，热源端样品片的Vin连接外部恒压源的正极，所述制冷片(8)上设有冷源端位置(11)，所述冷源端位置(11)用于放置冷源端样品片，所述冷源端样品片的金电极先连接外围电路的放大电路，再连接外部恒压源的负极。/n...

【技术特征摘要】
1.一种纳米级别近场热辐射高精度测量装置，其特征在于，包括真空腔，宏动位移台(1)、微动位移台(2)、加热片(6)、制冷片(8)、L型转接板(4)、第一热敏电阻(5)和第二热敏电阻(7)、散热装置(9)、偏转台(10)、外围电路和恒压源；所述微动位移台(2)设置在宏动位移台(1)上，所述宏动位移台(1)用于远距离移动测量，所述微动位移台(2)用于纳米级别移动测量，利用微动位移台高精度但低移动范围和宏动位移台低精度但高移动范围的结合，使得在前进的位移上实现高精度高移动范围；所述L型转接板(4)设置在微动位移台(2)上，所述加热片(6)设置在L型转接板(4)上，所述加热片(6)通过引线连接至真空腔外部，所述第一热敏电阻(5)的一端设置在加热片(6)上；所述偏转台(10)与微动移动台(2)相对设置，所述偏转台通过zc和yc双轴的偏转使得冷源的样品片进行双轴的偏转，所述散热装置(9)设置在偏转台(10)上，所述散热装置(9)与L型转接板(4)相对设置，所述制冷片(8)设置在散热装置(9)上，所述第二热敏电阻(7)的一端设置在制冷片(8)上；所述加热片(6)上设有热源端位置(12)，所述热源端位置(12)用于放置热源端品片，热源端样品片的Vin连接外部恒压源的正极，所述制冷片(8)上设有冷源端位置(11)，所述冷源端位置(11)用于放置冷源端样品片，所述冷源端样品片的金电极先连接外围电路的放大电路，再连接外部恒压源的负极。


2.根据权利要求1所述纳米级别近场热辐射高精度测量装置，其特征在于，通过连接螺丝(3)将L型转接板(4)和微动位移台(2)进行紧密连接。


3.根据权利要求1所述纳米级别近场热辐射高精度测量装置，其特征在于，所述真空腔外设置有精密电表，所述第一热敏电阻(5)和第二热敏电阻(7)的另一端连接至所述精密电表。


4.根据权利要求1所述纳米级别近场热辐射高精度测量装置，其特征在于，通过检查外围电路的电流信号来确定被测样品哪个位置接触，如果电极接上会形成冷源端和热源端短接，这时候有电流通过，通过检查电流，相对应角的金电极接触，通过检测电信号的方式来对平样品片。


5.根据权利要求1所述纳米级别近场热辐射高精度测量装置的测量方法，其特征在于，包括下述方法：
S1、对检测样品进行加工，制作出样品片；
S2、将检样品片贴分别在冷源端位置(11)和热源端位置(12)，热源端样品片和冷源端...

【专利技术属性】
技术研发人员：何赛灵，孙勇成，陈肇扬，史可樟，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44