固体的光声效应主要利用固体在光热转化后传导到周围介质中的热发声,光声转换效率太低是阻碍光声技术应用的主要因素。论文以石墨烯薄膜为研究对象,对其光声效应机理进行了深入的研究。以提高薄膜光声效率为目标,深入研究了石墨烯薄膜声场特性及其影响因素;从热的角度出发,探究了石墨烯薄膜光声效应的传热特性,分析其瞬态温升规律及稳态温度分布。主要研究内容及成果如下:(1)从热弹耦合的角度出发,考虑薄膜热容和基底耗热,推导得到了石墨烯薄膜光声效应的近、远场声压公式。利用COMSOL Multiphysics仿真软件中的声学模块(热粘性声学、压力声学)模拟了石墨烯薄膜在不同条件下的光声声场分布,以初步验证模型的正确性。(2)搭建声学实验平台,对不同基底的石墨烯薄膜进行光声实验,结果表明:光声效应的理论值与实验测量值整体上吻合较好,有效验证了光声模型的正确性。石墨烯薄膜具有良好的高频响应性能,薄膜输出的光声信号与入射激光功率线性相关;远场中薄膜的光声声压与测距之间成反比关系;不同基底的石墨烯薄膜的光声表现存在一定的差异,PET、PDMS类基底石墨烯的光声光声表现明显优于玻璃类基底石墨烯。(3)在验证光声模型正确的基础上,通过计算薄膜相关参数的局部灵敏度系数,分析了相关参数对薄膜光声效率的影响程度。研究表明:薄膜厚度在5-15nm范围内增加,其局部灵敏度系数在0.01以下;基底蓄热系数的局部灵敏度系数基本在1.88附近;环境气体热导率、气体密度和气体比热的灵敏度系数分别为0.97、1.09和0.9。(4)建立石墨烯薄膜光声效应传热模型,基于能量守恒方程,推导出了薄膜光声效应下的表面瞬态温升表达式。测试了不同基底石墨烯薄膜的瞬态温升和稳态温度分布。研究表明:薄膜的稳态响应时间较长,薄膜的稳态温度与起始时的环境温度正相关,稳态温度响应时间与环境温度无关,输入功率与石墨烯薄膜的表面稳态温度之间呈线性关系;PDMS基底的石墨烯薄膜达到稳态温度的时间远大于PET基底石墨烯薄膜;薄膜的稳态温度分布存在规律性,薄膜的表面温度在薄膜中心点处达到最大值,并呈圆周状向四周衰减,薄膜边缘处与薄膜中心点处的温差较大。