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  隨著電子器件高度集成化和高功率化，微尺度材料的界面熱阻在電子集成系統熱管理設計中變得不可忽視^[1]。關于界面熱阻的研究最早可追溯到1701年，牛頓通過觀察熾熱鐵塊在風中的降溫過程，提出了牛頓冷卻定律，即鐵塊表面的散熱速率與鐵塊和環境的溫差成正比。一百多年后的1822年，傅里葉在《熱的解析理論》一書中將牛頓冷卻定律寫成方程，以外熱導能力（external thermal conductibility）定量描述了物體在單位時間、單位面積、單位溫差下通過表面散失的熱量。隨后，法國數學家泊松在1835年將界面傳熱的理論又向前推進了一步，他提出界面熱阻等于界面處的溫度落差除以單位面積的熱流速率，這個定量關系也是如今求算界面熱阻時廣泛應用的公式。在實驗方面，波蘭物理學家Smoluchowski在1898年使用自制的水銀溫度計，記錄水銀柱的高度隨時間的變化，首次測得固體和氣體之間的界面熱阻應當在10^-6 – 10^-5 m²K/W數量級。前蘇聯物理學家Kapitza在1941年測得了固體和超流體液氦之間的界面溫差為0.4 K，因此也把固-液界面熱阻稱為Kapitza熱阻。近七十年以來，固-固界面熱阻理論和實驗研究取得了較大進展。前蘇聯理論物理學家Khalatnikov在1952年提出的聲學失配模型（Acoustic mismatch model, AMM），通過計算完美界面處聲子的折射反射比，來推算聲子透射率。1987年，美國物理學家Swartz和Pohl在此基礎上考慮粗糙界面的漫散射，提出了散射失配模型（Diffuse mismatch model, DMM）。迄今為止，能夠在微尺度下測量固-固界面熱阻的時域熱反射法（time-domain thermoreflectance, TDTR）、3ω法和電子束自熱法（electron-beam self-heating method）等實驗研究，都很依賴復雜而精密的實驗室儀器技術。因此，迫切需要一種基于商用儀器的通用方法，較為快速準確地表征微尺度材料的界面熱阻。

  南京大學胡文兵教授課題組在新開發的Flash DSC（閃速示差掃描量熱儀）測量薄膜材料跨膜熱導率的方法^[2]基礎上，又提出了同時表征微米厚度薄膜材料的界面熱阻和扣除界面影響的體熱導率的新方法。相關研究結果以“Flash DSC characterization of thermal contact resistance and cross-plane thermal conductivity of micrometer-thin films”為題發表于熱分析領域國際核心期刊Thermochimica Acta上。

圖1 芯片傳感器樣品池上分部擺放尼龍薄膜和銦顆粒的示意圖

圖2 尼龍66薄膜總熱阻和薄膜厚度之間呈現線性依賴關系

  論文詳情：Kefeng Xie, Ying Cui, Xiaoning Ren, Yongxuan Chen, Jun Cai, Wenbing Hu,* Flash DSC characterization of thermal contact resistance and cross-plane thermal conductivity of micrometer-thin films, Thermochimica Acta, 2023, 179493. 

  https://doi.org/10.1016/j.tca.2023.179493

參考文獻：

[1] J. Chen, X. Xu, J. Zhou, B. Li, Interfacial thermal resistance: Past, present, and future, Rev. Mod. Phys. 94 (2022) 025002.

[2] Y. He, X. Li, L. Ge, Q. Qian, W. Hu, Cross-plane thermal conductivity of thin films characterized by Flash DSC measurement, Thermochimica Acta, 677 (2019), pp. 21-25

[3] K. Xie, Y. He, J. Cai, W. Hu, Thermal conductivity of Nylon 46, Nylon 66 and Nylon 610 characterized by Flash DSC measurement, Thermochimica Acta, 683 (2020), 178445.