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微型温度计记录微小的温度变化

2019-05-27

  东京工业大学(东京工业大学)的科学家和他们的合作者开发了一种微米级温度计,它对光学和电子束产生的热量很敏感,可以实时测量小而快速的温度变化。这种新设备可用于探索微米级和纳米级的热传输,以及光学显微镜和同步辐射实验。

  迫切需要一种能够在纳米尺度上实时测量热行为的装置,因为该技术可以应用于光热癌症治疗以及晶体,光学光捕获等的高级研究中。此外,具有纳米级热源和探测器的小型热显微系统对于将用于设计新纳米级器件的下一代晶体管的未来发展至关重要。

  热电偶是一种电气设备,由两个不同的电导体组成,在不同的温度下形成电连接。热电偶产生与温度相关的电压,可以解释为测量温度。最近由东京工业大学的科学家及其合作者开发的微型热电偶对许多领域的研究人员具有重要意义。该装置由氮化硅膜上的金和镍热电偶组成,并且小型化至电极仅2.5μm宽且膜厚度仅为30nm的程度。对于这种用作热表征装置的系统,即温度计,它必须表现出对温度变化的敏感性。开发的微型热电偶对激光和电子束产生的热量具有高响应性。重要的是,对于两种类型的加热,通过开发的热电偶测量微小的温度变化。

  已经开发的小型化工艺用于制备微型热电偶,但是进行了重要的改进。在已建立的方法中,产生宽度为几微米的金属条纹的交叉图案,从而产生热电偶。东京工业大学的研究人员及其同事利用这种技术在纳米薄氮化硅膜上创建了一种图案,增强了器件的灵敏度并使其响应更快。通过这种方法,成功地生成了可以测量快速和小温度变化的温度计,测量通过纳米薄氮化硅膜进行。

  如上所述,微型热显微镜系统需要纳米级热源和纳米级检测器。研究人员成功地满足了这些要求,他们使用纳米薄膜和紧密聚焦的激光或电子束来产生直径小于1微米的热源。因此,结合微热电偶检测器,实现了纳米级热显微镜系统。该系统可被视为研究微米级和纳米级热传导行为的新“工具箱”,在许多领域具有许多重要的应用。

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