频域热反射热导测试系统
频域热反射（Frequency-Domain Thermoreflectance, FDTR）热导测试系统由元热（苏州）能源科技有限公司自主研发，是一套基于光热探测原理的非接触式微纳尺度热物性测量平台。系统通过两束激光（泵浦光 + 探测光）在金属换能器/样品表面激发并检测周期性温升信号，提取热反射率随调制频率的变化关系，反演材料的热导率、热扩散率及界面热阻。设备覆盖从薄膜、块体到微/纳米尺度异质结构的宽范围测试需求，适用于热管理材料、二维电子器件、热电材料及低维物理研究。
设备照片
工作原理
核心性能参数
指标 | 规格 |
|---|---|
测量模式 | 频域热反射（FDTR），单波长/双波长可选 |
泵浦光调制频率范围 | 典型 10 kHz – 20 MHz（连续扫频） |
热导率测量范围 | ~0.1 – 2000 W/(m·K)（取决于样品结构与拟合模型） |
热扩散率测量范围 | 10⁻⁸ – 10⁻⁴ m²/s |
空间分辨率 | 光学衍射极限级，典型光斑 ~5–10 μm（可配物镜缩小至亚微米） |
温度范围 | 室温 – 500 °C（可选配低温/高温样品台扩展） |
界面热阻灵敏度 | 可分辨 ~10⁻⁸ m²·K/W 量级 |
样品要求 | 表面需有金属换能层（Al / Au / Pt 等）或具备足够热反射率 |
数据采集 | 锁相放大器实时解调 1ω/2ω 信号，自动扫频 + 拟合 |
控制软件 | 集成光路对准、频率扫描、参数反演与报告生成 |
系统组成
模块 | 说明 |
|---|---|
光学引擎 | 连续波泵浦激光器 + 探测激光器，声光/电光调制器实现频率调制 |
显微光路 | 同轴入射，高数值孔径物镜聚焦，共焦设计保证信号收集效率 |
位移与定位 | 高精度电动 XYZ 位移台，纳米级步进，支持多点阵列扫描 |
信号检测 | 光电探测器 + 锁相放大器，提取微弱的 2ω 热反射信号 |
环境控制 | 可选氮气 purge 腔体或真空样品室，抑制对流与氧化 |
分析软件 | 内置多层热传导模型（含界面热阻），一键拟合输出 κ、α、R_th |
技术特色
非接触、无损测量
无需在样品上制作微加工电极或温度传感器，仅靠光学探测即可获取热物性，特别适合脆弱薄膜、二维材料异质结、微纳器件等无法承受传统 3ω 或 TTR 工艺的样品。
全频谱热响应解析
通过连续扫频获得热反射相位/振幅 vs. 调制频率的完整曲线，单次测量即可同时提取体热导率、热扩散率及界面热阻，信息维度远高于单点稳态法。
微区Mapping能力
配合电动位移台，可在样品表面进行二维热导率分布扫描，直观呈现材料均匀性、缺陷分布或界面结合质量的空间差异。
与 3-Omega 平台互补
MetaThermo 同时提供 3-Omega 与 FDTR 两套系统，前者擅长块体/液体/不规则表面的快速测量，后者专精微纳薄膜/界面的高分辨表征，两者结合可覆盖从宏观到原子级的全尺度热物性研究。
已验证于前沿研究
FDTR 技术被广泛应用于石墨烯、hBN、TMDC 等二维材料的热输运表征，以及相变存储器、热界面材料（TIM）、聚合物复合材料等领域的界面热阻分析。
典型应用
二维材料与范德瓦尔斯异质结：单层/少层石墨烯、MoS₂、WSe₂ 的面内/面外热导率
芯片热管理：热界面材料（TIM）、底填胶、散热膏的热阻与导热系数
热电材料：薄膜热电臂的面内热扩散率与晶格热导率分离
能源器件：固态电池电解质、钙钛矿太阳能电池传输层的微区热物性
功能涂层：DLC、TBC（热障涂层）、CVD 金刚石膜的厚度与热导率联合提取
基础物理：声子输运、界面声子耦合、尺寸效应对热导的调控
合作案例
如图所示是我们为希腊合作方安装的设备
希腊设备原理图