一种硅材料的蒸发速率测定方法和系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种硅材料的蒸发速率测定方法和系统，包括：控制高速摄像机拍摄在无风且恒温恒湿环境中水滴在硅材料样品的加工区域表面的扩散过程图像并获取水在蒸发过程中不同时刻的天平测量数据；所述扩散过程图像包括硅材料样品湿润部分的轮廓；逐帧处理所述扩散过程图像并统计硅材料样品表面的加工区域面积；计算所述扩散过程图像中每个时刻硅材料样品表面的润湿区域面积；根据加工区域面积和润湿区域面积，计算得到实际润湿面积；根据不同时刻的实际润湿面积，计算不同时刻的水的蒸发速率，得到硅材料样品的蒸发速率。本发明专利技术实施例解决了现有技术对于硅材料的蒸发速率的测定还不够准确的技术问题。率的测定还不够准确的技术问题。率的测定还不够准确的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种硅材料的蒸发速率测定方法和系统


[0001]本专利技术涉及一种硅材料的蒸发速率测定方法和系统。

技术介绍

[0002]为了研究加工后的硅材料的蒸发性能，需要对激光烧蚀的硅材料样品的蒸发性能进行测 定。目前对于硅材料的蒸发速率的测定还不够准确；主要原因为：(1)水在材料表面蒸发的 过程中，易受外界环境的影响(温度、湿度、气流和震动等)，导致天平称重不准。(2)蒸发 速率最高的阶段在最后的超薄膜阶段，此阶段由于覆盖在材料表面的水膜太薄，质量太轻， 很难进行称重。从而，飞秒激光微纳制造高蒸发速率的硅材料样品存在困难。因此，在一定 程度上阻碍了具有耐久性强和强蒸发功能散热材料的研发。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术对于硅材料的蒸发速率的测定还不够准确的技术问题，本专利技术实施例提 供一种硅材料的蒸发速率测定方法和系统。
[0004]本专利技术实施例通过下述技术方案实现：
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供一种硅材料的蒸发速率测定方法，包括：
[0006]控制高速摄像机拍摄在无风且恒温恒湿环境中水滴在硅材料样品的加工区域表面的扩散 过程图像并获取水在蒸发过程中不同时刻的天平测量数据；所述扩散过程图像包括硅材料样 品湿润部分的轮廓；
[0007]逐帧处理所述扩散过程图像并统计硅材料样品表面的加工区域面积；
[0008]计算所述扩散过程图像中每个时刻硅材料样品表面的润湿区域面积；
[0009]根据加工区域面积和润湿区域面积，计算得到实际润湿面积；
[0010]根据不同时刻的实际润湿面积，计算不同时刻的水的蒸发速率，得到硅材料样品的蒸发 速率。
[0011]进一步的，逐帧处理所述扩散过程图像，包括：采用描点法确定硅材料样品表面被水润 湿部分的轮廓的边界。
[0012]进一步的，根据加工区域面积和润湿区域面积，计算得到实际润湿面积；包括：
[0013]根据公式(1)计算每个时刻的实际润湿面积
[0014][0015]进一步的，根据不同时刻的实际润湿面积，计算不同时刻的水的蒸发速率，得到硅材料 样品的蒸发速率；包括：
[0016]根据公式(2)计算每个时刻t的硅材料样品的蒸发速率
[0017][0018]其中，t1,t2分别为与t前后两相邻的时刻，且t1＞t2；V
t
为t时刻硅材料样品的蒸发 速率；M
t1
为t1时刻天平测量数据，M
t2
为t2时刻天平测量数据；S
t
为t时刻实际润湿面积。
[0019]进一步的，逐帧处理所述扩散过程图像并统计硅材料样品表面的加工区域面积和计算所 述扩散过程图像中每个时刻硅材料样品表面的润湿区域面积步骤采用Xara图片处理软件完 成。
[0020]进一步的，硅材料样品湿润部分的轮廓通过pcc软件处理所述扩散过程图像得到。
[0021]进一步的，所述硅材料样品的制备方法包括：
[0022]将硅片进行抛光处理并在抛光处理后进行清洁，得到处理后的硅片；
[0023]将处理后的硅片采用激光器进行加工以使激光与硅片表面接触直接烧蚀硅片表面产生 规则的微米级槽道结构，得到硅材料样品。
[0024]进一步的，激光器的加工参数为：激光的输出能量低于500mW，扫描速度为0.5
‑
1.75mm/s， 扫描线间距100μm。
[0025]第二方面，本专利技术实施例提供一种硅材料的蒸发速率测定系统，包括：
[0026]控制单元，用于控制高速摄像机拍摄在无风且恒温恒湿环境中水滴在硅材料样品的加工 区域表面的扩散过程图像并获取水在蒸发过程中不同时刻的天平测量数据；
[0027]图像处理单元，用于逐帧处理所述扩散过程图像并统计硅材料样品表面的加工区域面积；
[0028]第一计算单元，用于计算所述扩散过程图像中每个时刻硅材料样品表面的润湿区域面积；
[0029]第二计算单元，用于根据加工区域面积和润湿区域面积，计算得到实际润湿面积；
[0030]第三计算单元，用于根据不同时刻的实际润湿面积，计算不同时刻的水的蒸发速率，得 到硅材料样品的蒸发速率。
[0031]第三方面，本专利技术实施例提供一种硅材料的蒸发速率测定系统，包括：
[0032]计算机，用于控制高速摄像机拍摄在无风且恒温恒湿环境中水滴在硅材料样品的加工区 域表面的扩散过程图像并获取水在蒸发过程中不同时刻的天平测量数据；逐帧处理所述扩散 过程图像并统计硅材料样品表面的加工区域面积；计算所述扩散过程图像中每个时刻硅材料 样品表面的润湿区域面积；根据加工区域面积和润湿区域面积，计算得到实际润湿面积；根 据不同时刻的实际润湿面积，计算不同时刻的水的蒸发速率，得到硅材料样品的蒸发速率；
[0033]高速摄像机，用于与计算机连接；
[0034]注射泵，用于与计算机连接；
[0035]注射器，与注射泵连接以产生用于滴在硅材料样品上的水滴；
[0036]不透光外壳，罩设于电子天平外以提供无风且恒温恒湿环境；
[0037]电子天平，用于放置硅材料样品并与计算机连接。
[0038]本专利技术实施例与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0039]本专利技术实施例的一种硅材料的蒸发速率测定方法和系统，通过控制高速摄像机拍摄在无 风且恒温恒湿环境中水滴在硅材料样品的加工区域表面的扩散过程图像并获取水在蒸发过程 中不同时刻的天平测量数据；所述扩散过程图像包括硅材料样品湿润部分的轮廓；逐帧处理 所述扩散过程图像并统计硅材料样品表面的加工区域面积；计算所述扩散
过程图像中每个时 刻硅材料样品表面的润湿区域面积；根据加工区域面积和润湿区域面积，计算得到实际润湿 面积；根据不同时刻的实际润湿面积，计算不同时刻的水的蒸发速率，得到硅材料样品的蒸 发速率，解决了现有技术对于硅材料的蒸发速率的测定还不够准确的技术问题。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的 附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是 对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据 这些附图获得其他相关的附图。
[0041]图1为硅材料的蒸发速率测定方法的流程示意图。
[0042]图2为一种硅材料的蒸发速率测定系统的结构示意图。
[0043]图3为另一种硅材料的蒸发速率测定系统的结构示意图。
[0044]图4为示例的硅材料的蒸发速率测定系统的结构示意图。
[0045]图5为用于制造表面微纳结构的激光器。
[0046]图6为硅材料样品的表征结构图，其中(a)硅材料样品为三维结构图；(b)硅材料样品 为激光扫描图；(c)硅材料样品为一维平行沟槽剖面图。
具体实施方式
[0047]为使本专利技术的目的、技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅材料的蒸发速率测定方法，其特征在于，包括：控制高速摄像机拍摄在无风且恒温恒湿环境中水滴在硅材料样品的加工区域表面的扩散过程图像并获取水在蒸发过程中不同时刻的天平测量数据；所述扩散过程图像包括硅材料样品湿润部分的轮廓；逐帧处理所述扩散过程图像并统计硅材料样品表面的加工区域面积；计算所述扩散过程图像中每个时刻硅材料样品表面的润湿区域面积；根据加工区域面积和润湿区域面积，计算得到实际润湿面积；根据不同时刻的实际润湿面积，计算不同时刻的水的蒸发速率，得到硅材料样品的蒸发速率。2.如权利要求1所述硅材料的蒸发速率测定方法，其特征在于，逐帧处理所述扩散过程图像，包括：采用描点法确定硅材料样品表面被水润湿部分的轮廓的边界。3.如权利要求1所述硅材料的蒸发速率测定方法，其特征在于，根据加工区域面积和润湿区域面积，计算得到实际润湿面积；包括：根据公式(1)计算每个时刻的实际润湿面积4.如权利要求1所述硅材料的蒸发速率测定方法，其特征在于，根据不同时刻的实际润湿面积，计算不同时刻的水的蒸发速率，得到硅材料样品的蒸发速率；包括：根据公式(2)计算每个时刻t的硅材料样品的蒸发速率其中，t1,t2分别为与t前后两相邻的时刻，且t1＞t2；V
t
为t时刻硅材料样品的蒸发速率；M
t1
为t1时刻天平测量数据，M
t2
为t2时刻天平测量数据；S
t
为t时刻实际润湿面积。5.如权利要求1所述硅材料的蒸发速率测定方法，其特征在于，逐帧处理所述扩散过程图像并统计硅材料样品表面的加工区域面积和计算所述扩散过程图像中每个时刻硅材料样品表面的润湿区域面积步骤采用Xara图片处理软件完成。6.如权利要求1所述硅材料的蒸发速率测定方法，其特征在于，硅材料样品湿润部分的轮廓通过pcc软件处理所述扩散过程图像得到。7.如权利要求1所述硅材料的蒸...

【专利技术属性】
技术研发人员：房然然，李俊昌，安东尼，李思民，李骋，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：