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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(tǒng)熱管理設(shè)計(jì)中變得不可忽視^[1]。關(guān)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(fēng)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(huán)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(dǎo)能力（external thermal conductibility）定量描述了物體在單位時(shí)間、單位面積、單位溫差下通過表面散失的熱量。隨后，法國數(shù)學(xué)家泊松在1835年將界面傳熱的理論又向前推進(jìn)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(gè)定量關(guān)系也是如今求算界面熱阻時(shí)廣泛應(yīng)用的公式。在實(shí)驗(yàn)方面，波蘭物理學(xué)家Smoluchowski在1898年使用自制的水銀溫度計(jì)，記錄水銀柱的高度隨時(shí)間的變化，首次測得固體和氣體之間的界面熱阻應(yīng)當(dāng)在10^-6 – 10^-5 m²K/W數(shù)量級。前蘇聯(lián)物理學(xué)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(shí)驗(yàn)研究取得了較大進(jìn)展。前蘇聯(lián)理論物理學(xué)家Khalatnikov在1952年提出的聲學(xué)失配模型（Acoustic mismatch model, AMM），通過計(jì)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(xué)家Swartz和Pohl在此基礎(chǔ)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(shí)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(shí)驗(yàn)研究，都很依賴復(fù)雜而精密的實(shí)驗(yàn)室儀器技術(shù)。因此，迫切需要一種基于商用儀器的通用方法，較為快速準(zhǔn)確地表征微尺度材料的界面熱阻。

  南京大學(xué)胡文兵教授課題組在新開發(fā)的Flash DSC（閃速示差掃描量熱儀）測量薄膜材料跨膜熱導(dǎo)率的方法^[2]基礎(chǔ)上，又提出了同時(shí)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(dǎo)率的新方法。相關(guān)研究結(jié)果以“Flash DSC characterization of thermal contact resistance and cross-plane thermal conductivity of micrometer-thin films”為題發(fā)表于熱分析領(lǐng)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