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PTB对单晶硅热膨胀和压缩率进行绝对测量

嘉峪检测网        2021-11-23 15:20

德国联邦物理技术研究院(PTB)使用成像干涉测量法对单晶量块进行了绝对长度测量。比起先前所有的测量结果,这些测量值具有更小的测量不确定度。它们为 CODATA 参考数据提供了更准确的值,并且对于长度单位“米”的新的二次定义很有价值。

 

由于需要有一种用于对热膨胀进行高准确度测量的参考物质,因此过去在很宽泛的温度范围内对硅进行了大量的测量。单晶硅具有类金刚石晶体结构,所以可以在所有空间方向均匀膨胀,这意味着它在热膨胀方面是各向同性的。此外,很容易就可以实现高级硅的规模化生产。

 

早在六年前,PTB就已经展示了其通过成像干涉测量法获得的 7 K 至 293 K 之间的热膨胀测量结果。然而,在这个温度范围内可以看到与 CODATA 参考值的系统偏差。与其他地方获得的膨胀测量结果不同,PTB 的结果来自绝对长度测量。目前的热膨胀研究就是基于这项研究。在该研究中,温度范围已扩展至 320 K,测量不确定度也在降低。此外,该研究还包括同时测定硅的可压缩性。

 

研究人员通过一种新方法对测量数据进行了分析,这种方法证实了热膨胀系数(通过推导计算)是一个对所选数据评估模型敏感的量。这种方法基于的是贝叶斯模型平均 (BMA)法,可同时处理不同的模型,并在计算模型概率时将其考虑在内。

 

结果表明,在覆盖的温度和压力范围内,热膨胀系数几乎不依赖于环境压力。新的测量获得的值比以前的参考值更准确。此外,测量不确定度比先前获得的结果小一个数量级。

 

由于SI(国际单位制)中对长度单位“米”的定义的最新修订版将硅的晶格间距作为“米”的纳米级二次定义方法的基础,因而这些发现也可用于此。

 

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来源:计量测控