一文了解导热性能表征

一文了解导热性能表征

材料的导热性能表征涉及多个参数和多种测试方法，以下从导热性能参数、表征方法及具体技术展开介绍：

表征材料导热性能的参数主要有热扩散系数、导热系数、比热。

导热性能的表征方法有很多种，主要有热流法、瞬态平面法、激光闪射法等。

原理：激光导热仪由激光源在瞬间发射一束激光脉冲，均匀照射在样品下表面，使其表层吸收光能后温度瞬时升高，并作为热端将能量以一维热传导方式向冷端（上表面）传播。使用红外检测器连续测量上表面中心部位的相应温升过程。基于该理论设计而成的导热仪可直接测试得到材料的热扩散系数，同时能测试得到材料的比热，已知比热和热扩散系数，可计算得到导热系数。

特点

操作简单、使用安全，适用于研究发展以及质量控制的用途。

易于维护，仪器操作所带来的各种消耗很低。

移动式的激光单元可以容易地以集群方式被置于每一个炉子旁。

测量的准确度高。

应用：适用于绝大多数材料导热性能的测试，绝热材料除外，尤其适用于高导热材料和高温下的导热性能的测试，广泛应用于材料、汽车、航天、电子、化工、能源等领域。

原理：基于理想化的热条件，将给定厚度的测试试样置于两热等温的平行表面之间。热梯度通过两接触面的温度差施加在试样上，导致热流从试样通过，热流垂直且均衡地穿过测试表面，同时保证无横向热传输。

特点及应用：热流法导热仪测样快速，适于测量低导热系数材料如玻璃纤维、建筑材料和绝热材料的导热系数和热阻值。

原理：瞬态平面热源技术是由瑞典Chalmer理工大学的Silas Gustafsson教授在热线法的基础上发展起来的一项专利技术。其测定材料热物性的原理是基于无限大介质中阶跃加热的圆盘形热源产生的瞬态温度响应。利用热阻性材料做成一个平面的探头，同时作为热源和温度传感器。镍的热阻系数与温度和电阻的关系呈线性关系，即通过了解电阻的变化可以知道热量的损失，从而反映样品的导热性能。Hotdisk探头采用导电金属镍经刻蚀处理后形成的连续双螺旋结构的薄片，外层为双层的聚酰亚胺（Kapton）保护层，厚度只有0.025 mm，它令探头具有一定的机械强度并保持与样品之间的电绝缘性。在测试过程中，探头被放置于中间进行测试。电流通过镍时，产生一定的温度上升，产生的热量同时向探头两侧的样品进行扩散，热扩散的速度依赖于材料的热传导特性。通过记录温度与探头的响应时间，由数学模型可以直接得到导热系数和热扩散率，两者的比值得到体积比热。

特点

测试便捷，只需要简单地将一个Hot Disk探头固定在两块固体样品之间，探头同时作为热源和温度传感器，在试样和探头温度恒定后，测试过程迅速。对于液体、凝胶和粉末样品，测试时只需将Hot Disk探头简单地插到材料中或将材料涂到探头两边。

直接测量热传播，可以节约大量的时间，不会和静态法一样受到接触热阻的影响。

无须特别的样品制备，只需相对平整的样品表面。

可用于固体、粉末、涂层、薄膜、液体、各向异性材料等的测定。

应用：航空航天、蜂窝材料、电子材料、液体样品等领域。