Science Advances:原位观测“纳米尺度”的热扩散

文摘   2024-12-31 09:16   山东  

转自洞见热管理

来源 | Science Advances

链接 | https://doi.org/10.1126/sciadv.adj3825


01

背景介绍

超过一半的电子设备故障是由热相关因素引起的。在使用寿命期间的操作和重复开/关循环中,设备温度的变化会导致热疲劳,从而导致变形、断裂或开裂,最终导致产品故障。因此,热管理对于各个行业的电子设备至关重要。此外,微电子、热电和光子器件的发展要求它们更小、更强大,这使得热管理成为一个比以往任何时候都更关键的问题。此外,最近的进展已经将这些器件的尺寸减小到与声子平均自由程(MFP)相当,将热输运推向了一个行为不同于体积尺寸对应物的状态。这一重大变化使问题复杂化,并强调了在纳米级进行充分热管理以防止设备故障的必要性。因此,迫切需要纳米级空间分辨率和精确的温度测量。

02

成果掠影


近日,日本国家材料科学研究所材料基础研究中心Naoyuki Kawamoto团队针对用于微电子、热电和光子器件领域的纳米尺度热测量技术取得最新进展。本研究开发了一种原始技术,在室温下以扫描透射电子显微镜(STEM)模式使用脉冲会聚电子束引起的热波。通过量化每个照射位置的相对相位延迟,我们以~10 nm的空间分辨率和0.01 K的温度分辨率证明了各种样品内的热传输。由于热扩散率的抑制,声子表面散射得到了定量证实。还观察到脉冲会聚电子束附近的声子晶界散射和弹道声子输运。研究成果以“Cocklebur-Inspired Robust Non-flammable Polymer Thermo Conductor for CPU Cooling”为题发表在《Science Advances》期刊。


03

图文导读

图1.实验概述。

图2.脉冲聚焦电子束诱导热波的波形。

图3.一维单晶蓝宝石样品中热波相位延迟和振幅的表征。

图4.二维多晶氮化铝样品中热波相位延迟和振幅的表征。


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