热导率

项目简介

　　热导率，又称导热系数，反映物质的热传导能力，按傅立叶定律(见热传导)，其定义为单位温度梯度(在1m长度内温度降低1K)在单位时间内经单位导热面所传递的热量。热导率λ很大的物体是优良的热导体;而热导率小的是热的不良导体或为热绝缘体。λ值受温度影响，随温度增高而稍有增加。

常见项目

　　激光导热：直接测试的是材料的热扩散系数，其基本原理是在炉体控制的一定温度下，由激光源发射光脉冲均匀照射在样品下表面，使试样均匀加热，通过红外检测器测量样品上表面相应温升过程，得到温度(检测器信号)升高和时间的关系曲线，使用合适的模型拟合，得到热扩散系数;通过标样参比测试，可获得比热容数据，最终由公式(热导率=热扩散系数×比热容×密度)计算可得热导率数据。

　　热流计法导热：一种基于一维稳态导热原理的比较法。将厚度一定的方形样品插入两个平板间，在其垂直方向通入一个恒定的单向的热流，使用校正过的热流传感器测量通过样品的热流，传感器在平板与样品之间和样品接触。当冷板和热板的温度稳定后， 测得样品厚度、样品上下表面的温度和通过样品的热流量，根据傅立叶定律即可确定样品的导热系数。

　　薄膜径向/厚度方向导热：采用的也是激光法测试，作为加热源的氙灯发射一束脉冲，打在样品的下表面，由红外探测器测量样品上表面的相应温升，并由软件计算出样品的热扩散系数。特点：减少潜在的表面热阻，使得结果更为精确。

　　Hotdisk导热：HotDisk瞬态平面热源法的特点是测试便捷，只需要简单地将一个HotDisk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。而对于液体、凝胶和粉末样品，测试时只需将 HotDisk探头简单地插到材料中。

　　TPS导热：瞬态平面热源法的特点是测试便捷，只需要简单地将一个HotDisk探头(国产版)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。而对于液体、凝胶和粉末样品，测试时只需将 HotDisk探头简单地插到材料中。

　　稳态热流法导热：稳态法是经典的保温材料的导热系数测定方法，至今仍受到广泛应用。其原理是利用稳定传热过程中，传热速率等于散热速率的平衡状态，根据傅里叶一维稳态热传导模型，由通过试样的热流密度、两侧温差和厚度，计算得到导热系数。参考测试标准：ASTM D5470热导性电绝缘材料热传输特性标准试验方法和GB 5598-85氧化铍瓷导热系数测定方法。

　　护热平板法：护热板法导热仪的工作原理和使用热板与冷板的热流法导热仪相似，保护热板法的测量原理如下图所示。热源位于同一材料的两块样品中间。热板周围的保护加热器与样品的放置方式确保从热板到辅助加热器的热流是线性的、一维的。当试样上、下两面处于不同的稳定温度下，测量通过试样有效传热面积的热流及试样上、下表面的温度及厚度，应用傅立叶导热方程计算Tm温度时的导热系数。可测标准ASTM C177、GB/T10294、GB/T10801、GB/T17794、GB/T3399等;可测塑料、建筑材料、外墙保温材料、屋面材料、热力或空调材料、钢构材料等。

　　纤维/多涂层等特殊材料热导测试：谐波法微纳材料热物性测量系统，利用导热绝缘薄膜封装纳米金属带技术，增加传感器的重复利用性， 采用四线法进行测量，消除导线自身热阻带来的测量影响。 系统测量误差< 8.9 %。 可测： 单根纤维、纳米薄膜、纳米线阵列、 功能流体、纳米粉体、纳米界面等传统测试方法无法满足的样品。

结果展示

常见问题

　　1. 能否测热障涂层热导率?能不能测高温热导率?测热导率需要满足什么尺寸要求?

　　可以测。材料要求：最佳尺寸：直径12.7 mm，厚度1~3mm;其他尺寸：直径10mm，厚度1~3mm或10×10×(1~3)mm(热扩散测试)。

　　2. 尺寸小的样品测试有误差?

　　样品尺寸小，会影响数据结果;我们有直径10mm,边长10mm的夹具、标样等，但是这种尺寸测出来的数据不如直径12.7的准确，建议加工成标准的12.7mm的直径，误差0.1mm，除非样品难以制备成12.7的，客户允许存在数据误差;

　　例如：纯铜样品，直径是10mm的样品，热扩散实测值129，10*10mm的样品，热扩散实测值119，直径12.7mm的样品，热扩散实测值114，而纯铜的理论热扩散在115-116左右，直径12.7mm的样品结果最接近理论值;

　　3. 测试过程中，比热、密度会不会造成误差?测试热导率时比热会有变化吗?变化大吗?

　　比热是在测试过程中通过与石墨或其它材质标样比对得到的，会存在一定的误差，要求比较高的客户建议用DSC测试;密度建议客户自己提供或者通过其他更准确的方法进行测试;比热都会随着温度的变化而变化,变化大小和样品本身的性质有关;

　　4. 几种测热导的方法有什么区别?

　　激光热导适合做一些高导热系数的，厚度方向的导热系数测试;薄膜热导适用于薄膜材料，测水平方向的导热系数;热流法适用绝热或低导热系数的材料;

　　适用材质及样品热学性能要求

　　激光导热测试适合除绝热材料之外的大部分材料，特别适合于中高导热系数材料的测量，比如：陶瓷、金属、聚合物、水泥、合金等材料等;

　　注意：样品变温测试，必须保证样品性能稳定，不能发生软化、开裂或分解出还原性气体等，轻则数据异常，重则损坏仪器，请知悉;

　　5. 块体材料密度是指的真密度还是堆积密度?粉末样品是压片后密度还是压片前密度?

　　答：(1)块体材料真密度并不准确，如海绵这种有孔材料，表观密度(可通过排液法测量)更符合要求，而堆积密度是针对颗粒物的;(2)粉末样品用压片处理后的密度。

　　6. 样品比热测试问题?

　　比热是测试过程中，通过样品与石墨或其它标样参比得到的，会有误差，大部分客户要求不高，如果对数据要求比较高的，建议提供实际比热值或者使用DSC通过与蓝宝石比对进行测试;

　　LFA测比热难点(最大误差因素)：在样品理想、标样合适的情况下，如何保证表面涂覆的稳定性，既不能太厚(以免对高导热材料降低热扩散系数)，又要充分均匀遮覆，并保证标样与各样品在涂层质量上的一致性，是最大的难点;

　　7. 热导率不符合预期的问题?

　　热导率=热扩散系数α×比热容Cp×密度ρ计算所得，激光导热本身测试最精确的则是热扩散系数，比热容数据是最大的不确定度，建议填写需求单时，尽量填写热扩散系数(实验室会根据范围选择合适的标样，激光法可能在 5%-8%偏差，当标样无法匹配样品材质时，比热误差增大)，以此降低比热容的参比偏差;如若需要较为精确的比热容，建议提供实际比热值或者使用DSC(±2.5%偏差)通过与蓝宝石比对进行测试;

　　8. 薄膜导热测试原理、测试方向及适用样品是什么?

　　薄膜导热测试采用激光法，测试薄膜水平方向的导热系数，主要用于高导热系数的材料，如石墨等;

　　9. 薄膜导热主要得到的数据是?

　　主要是得到热扩散系数，同时采用DSC测试薄膜样品的比热容，自行提供密度，计算出热导率。

　　10. 非稳态导热系数测试方法有哪些?

　　非稳态导热系数测试方法主要有：热线法，瞬态热带法及瞬态板热源法。

　　热线法及其随后发展的探针法主要用来测量松散介质的导热系数，不适于测量大块固体和液体介质，并且测量存在一定的误差，测量结果受接触热阻影响;

　　热带法是基于热线法发展起来的测试方法，其原理和热线法基本相同，只是将线热源压扁成带状从而扩大热源和介质的接触面积，减少接触热阻;

　　瞬态板热源法在热带法和热线法的基础上进一步发展，将原本拉直的热源弯曲成螺旋状，形成平面板热源，在更小的空间内获得更大的接触面，并且采用新的数学模型来描述热传输过程。Hotdisk导热测试仪就是基于瞬态板热源法的导热系数测试仪;

　　11. Hotdisk测试温度范围及气氛是?样品厚度对测试结果有影响吗?两块样品尺寸不一致，对结果影响大吗?

　　可测-40℃-1000℃，氮气气氛(除室温外);

　　样品厚度对结果是有影响的，一般我们要求样品厚度≥5mm，热导率大些的材料要求更厚一些，厚度大的结果可靠性更高;

　　两块样品尺寸不一致会有影响，尺寸相差越大，结果可靠性越低，建议尺寸保持一致，尺寸误差在1mm范围内。

　　12. Hotdisk可测试带水的样品吗?

　　稍微含有一点水分的样品可测试，不能测试滴水的样品，否则损坏探头。

　　13. 可以测纳米或者微米级别厚度的涂层+基底的样品吗，只需要涂层的热导率

　　答：是可以得到单独的涂层热导率，需将基底进行沉积绝缘处理，然后采用3w谐波法进行测试。

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