科创中国

新材料技术

基于三次谐波法，结合不同形状和特性的传感器开发的热物性测量系统，实现宽材型普适和多参数一体测量效果。其基本原理为，通过对待测材料输入直流焦耳发热，产生伴随着一种载有待测材料热物性的温度波，并与输入的一次谐波电压合并后，便会产生具有三次谐波的电压值，通过测量得到该电压值并进行分析，便可以获得待测材料的热传输信息。目前该设备已实现微纳米线材、薄膜、粉体、流体和块体的精确测量，并且在对传感器进行柔性和封装处理后，还可以实现人体皮肤热物性的表征，达到热物性与人体健康诊断的关联分析效果。

1. 具有自主知识产权，研究成果已授权发明专利10项，申请1项。 2. 技术先进性：率先开辟出基于独立型传感器的新一代三次谐波方法，通过建立“基于频域的多层结构二维传热模型”解析解，结合交流热波穿透深度衰减损失小、易通过频率进行调制的特点，实现了多维多尺度材料多个热物性参数的准确集成测量。全面解决了传统三次谐波方法无法进行纳米孔材料、纳米级接触热阻、微纳米柔软弯曲薄膜等精确测量的难题，将热物性的测量范围从宏观尺度延伸到纳米尺度（薄膜厚度<100 nm；超晶格单层厚度<50 nm；纤维直径<10 nm；多孔材料孔径<10 nm；粉末粒径<100 nm）。新一代三次谐波方法测试对象全面覆盖一维纳米管/纤维、二维单/多层微/纳米薄膜/阵列、三维各向同/异性块体/粉体/流体、接触热阻、生物组织多层结构等。建立了基于蒙特卡洛模拟的最佳扫频测量波段的确定方法，实现了三次谐波方法多参数拟合精度提升3%。开发了基于压紧连接的微型探测器与引线端的三次谐波方法高温高压测试样品台、控制电路及程序，实现了1243 K高温下陶瓷材料热导率的测量、10 MPa高压下煤油热导率的测量。

“多尺度与能源材料热特性”创新学术团队及”纳米传热”实验室于2015年组建。团队在冯妍卉教授带领下，致力于能源材料热物性与热测量、微尺度热质传递、相变储热、工业节能和降碳技术等方向的研究。团队包括1名教授，4名副教授，先后承担了国家自然科学基金、国家重点研发计划、北京市自然科学基金等项目20余项。研发了微纳孔组装储热材料、保温阻燃复合板等，已用于建筑保温阻燃以及航空航天绝热等领域；开发了基于独立型传感器的谐波法热物性探测系统，实现了薄膜材料、界面材料等的传蓄热特性精准测量，相继为国内30余家单位提供测试服务近100余次。近5年，团队发表高水平论文70余篇，授权发明专利3项，获国家科技进步奖一等奖1项。

点击查看