北京时间4月29日晚八点，iCANX Youth Talks第95期邀请到了科技大学助理郑琪野、北京科技大学教授邱琳担任主讲，北京大学教授王玮、北京大学助理教授杨林担任研讨嘉宾，北京大学教授张海霞担任主持人，期待你一起加入这场知识盛宴。
在微电子、能源技术、航空航天及先进制造等领域，有效的热管理始终是一项关键挑战。随着新型材料的复杂性和异质性不断提升，准确测量材料的热导率（）对于材料性能优化尤为重要。快速且精确的热特性表征对于增材制造、复合材料开发和高性能电子器件的推进至关重要。首先，本次演讲将介绍本课题组在瞬态平面热源（TPS）法（ISO 22007-2:2022）方面的最新进展。TPS法是一种广泛应用于块体固体热导率测量的技术。本课题组针对高热导率材料（ 30 W/(mK)）测量中出现的高达97%的系统性误差，提出了改进方法。该误差主要源于传统分析模型未能充分考虑传感器/样品界面热阻（Rc）及传感器内部的热传导。本课题组创新性地提出了两种新的分析模型：基于格林函数的真实传感器模型（RSM）和基于热四极子的多层模型（MLM），二者均明确考虑了传感器热传递及Rc效应。此外，本课题组提出了一种基于温度导数的非线性回归方法，显著提升了高热导率材料测量的鲁棒性和准确性，将测量误差从最高97%降低至10%以内，即使在Rc变化达60倍的情况下亦保持优异表现。本课题组结合奇异值分解（SVD）进行敏感性分析，为最佳拟合时间区间和参数识别提供指导；同时，通过三维有限元建模和多种材料的实验，验证了新模型和拟合方法的优越性。对于已知样品热容的应用，本课题组的一参数拟合方法可进一步提升计算效率3080%。上述进展为精确TPS测量提供了全面而实用的解决方案，尤其适用于对金属及复合材料等高热导率材料的实际应用研究。其次，本次演讲将介绍本课题组开发的物理信息全卷积网络（PIFCN）架构，应用于热传导正反问题的求解。与传统的物理信息神经网络（PINNs）因全连接结构导致的高计算成本和有限准确性不同，PIFCN充分利用卷积网络的局部连接特性，实现了输入输出节点级的高效匹配，并可通过有限差分方法直接离散偏微分方程。研究结果表明，PIFCN能够灵活实现Dirichlet与Neumann边界条件，准确预测温度分布，并可在边界信息不完整、采样数据有限的情况下，以超过99%的准确率识别未知热扩散率，显著优于PINNs。此外，PIFCN还可与本课题组开发的高通量光热表征系统（SI-TI）结合，利用结构化光照与热成像，实现多样品的快速并行热特性测量。这种协同方式为复杂材料的自适应、高通量热表征提供了全新方向。
在下一代集成电路的发展过程中，具有卓越导热性能的碳基热界面材料（Thermal interface materials, TIMs）扮演着至关重要的角色，尤其是单层和多层石墨烯因其出色的耐高温和散热特性而成为研究的焦点。然而，当碳基TIMs被转移到芯片上时，由于其与芯片之间的界面热导（GI）极低，其性能会遭受严重损害，从而妨碍了芯片的散热效率。这种界面，由于TIMs并非直接在芯片材料上生长获得，因此被称为非原位界面。例如，石墨烯TIM一旦转移到Si/SiO2基底上，由于非共价界面作用，载流子迁移率会大幅下降。因此，通过在芯片上直接生长碳基TIMs，可以有效避免这一问题。对于集成电路中第四代半导体材料金刚石的广泛应用而言，南宫28下载金刚石上直接生长的碳材料，即全碳界面，无疑是将来最理想的散热解决方案。本次演讲将介绍我们课题组从全碳界面优化的角度出发，南宫28下载开发了一种超快淬火工艺，成功制备出了具有大量sp2/sp3杂化C-C键的2.5D界面。该方法利用直流电弧等离子体射流快速加热，在金刚石表面形成高温C/Ni固溶体，在析出C的过程中形成大量的亚稳态共价sp2或sp3键。此外，通过水冷的超快速淬火可以保留大量的亚稳态结构，从而使石墨烯层通过共价紧密地结合在金刚石表面。sp2/sp3杂化键不仅提供了高速的界面热传递途径，而且使界面两侧低频声子的振动态密度（Vibrational density of states, VDOS）显著增加，声子携带的热量增加。该项研究结果是高效全碳TIM的突破，对全碳器件和电路的发展具有重要意义。
邱琳，北京科技大学教授，北京市科技新星(2020)，北科鼎新学者。研究方向为先进材料热物性评价方法及热输运机理、生理监测用可穿戴传感器及设备、低维碳材料高通量设计计算及制备。主持国家自然科学基金4项，国家重点研发计划课题、国家级外专项目、北京市自然科学基金、北京市科技新星计划、科技新星交叉合作课题等省部级以上纵向项目和多项企业课题。主编英文专著1部、教材2部，以第一/通讯作者在Phys. Rep.、Angew. Chem. Int. Ed.(3)、SmartMat(2)等国际高水平期刊上发表SCI论文96篇，总他引逾3300次，H-Index为33，4篇曾入选ESI高被引论文(2篇曾入选热点论文)，2篇文章入选期刊封面/卷首插画，获授权发明专利14项、软件著作权2项、省部级奖励1项。担任Rev. Sci. Instrum.副主编，Thermochimica Acta编辑，Carbon、Appl. Therm. Eng.、Sci. Rep.、J. Therm. Sci.、ACS Appl. Engin. Mater.编委。
特别声明：本文转载仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性；如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用，须保留本网站注明的“来源”，并自负版权等法律责任；作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜，请与我们接洽。
直播预告：2024全球工程前沿全球十大工程成就发布会 Engineering
SEL 前沿报告：From energy to (soil organic) matter ——土壤生态学系列讲座直播预告
Batteries：北京科技大学张隆副教授、重庆工商大学古兴兴教授、西北工业大学董雷教授创建特刊 MDPI 特刊征稿
