导热系数测试的常用方法集合

导热系数测试的常⽤⽅法集合
脉冲激光热反射法薄膜导热仪NanoTR/PicoTR
在纳⽶级厚度范围内进⾏精确的热扩散系数/导热系数测量,薄膜厚度从数⼗微⽶低⾄纳⽶级范围。
基本原理
超快速激光闪射法(RF 模式)
后部加热 / 前部探测
可测试热扩散系数与界⾯热阻
纳⽶级薄层与薄膜的热透过时间极短,传统的激光闪射法(LFA)使⽤红外测温,采样频率相对较低,已不⾜以有效地捕捉纳⽶级薄膜的传热过程。超快速激光闪射法可以克服经典的激光闪射法局限,其典型模式为后部加热/前部探测⽅法。
这⼀⽅式的测量结构与传统的 LFA ⽅法相同:样品置于透明基体之上,加热激光照射样品的下表⾯,探测激光检测样品上表⾯的传热温升过程。使⽤探测激光按⼀定采样频率对检测⾯进⾏照射,可获取检测⾯的温度上升曲线,从⽽可得到热扩散系数(如下图所⽰)。
时间域热反射法(FF)
纱窗角码前部加热 / 前部探测
测定热扩散系数与吸热系数
除了 RF ⽅法之外,测量也可以使⽤前部加热/前部探测(FF)的结构进⾏。在 FF 测量配置中,加热激光与探测激光处于样品的同⼀⾯。这⼀⽅法可以应⽤于⾮透明基体上的薄层材料,即 RF ⽅法不适合的场合(如下图所⽰)。
设备参数
NanoTR
测量范围:0.01~1000mm2/S;样品宽度:10~20mm2;
样品厚度:≤1mm;
温度范围:RT~300℃;
样品薄层厚度:RF模式:
树脂30nm~2µm
陶瓷300nm~5µm
⾦属1µm~20µm FF模式:
≥1µm;
重复性:±5%
PicoTR
测量范围:0.01~1000mm2/S;样品宽度:10~20mm2;
聚氨酯生产工艺样品厚度:≤1mm
温度范围:RT~500℃
样品薄层厚度:
RF模式:
树脂10nm~100nm;
陶瓷10nm~300nm;
⾦属100nm~900nm;
FF模式:≥100nm;
重复性:±5%;
导热仪DTC-300 (保护热流计法)
基本原理
DTC-300导热仪根据ASTM E1530保护热流计法测量热导率。在这种技术中,被测试的样品保持在压缩载荷的两个表⾯之间,每个表⾯分别控制在不同的温度下。下表⾯是⼀个校准的热通量传感器的⼀部分。当热量从上表⾯通过样品传递到下表⾯,在叠积体中就会形成⼀个轴向温度梯度。在已知厚度的情况下,通过测量整个样品的温度差以及热通量传感器的输出,可以确定样品的热导率。
可⽤于测量多种不同材料的热导率,包括⾼分⼦材料,陶瓷,复合材料,玻璃,櫲胶,⼀些⾦属,及其他的具有低、中等导热系数的材料。⾮固体材料,如糊状材料或液体,也可以通过使⽤特殊的容器得到测量。薄膜也可以使⽤多层技术准确的得到测量。该仪器具有较强的通⽤性,通过更换三个不同的测试堆模块,可覆盖极宽的热导率测量范围。测量可以在 -20 ℃⾄⾼达 300 ℃的温度下进⾏。典型样品尺⼨为 50 mm (2”)。由于其⾼度灵活性和扩展的分析范围,DTC 300 ⾮常适⽤于研究实验室。
设备参数
测量⽅法:保护热流计法;
光纤器件测量标准:ASTM E1530;
测量样品:固体、糊状材料、液体、薄膜;
样品尺⼨:固体样品为圆柱状厚度<25mm,直径=50mm;
温度范围:-20~ 300℃;
导热系数:0.1 ~ 40W/mK;
热阻范围:0.0005 ~ 0.05 m2K/W
热常数分析仪瞬态平⾯热源法(TPS)
基本原理去离子水机器
瞬态平⾯热源法(TPS)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。探头材料的热阻系数,即温度和电阻之间的关系呈线性关系,从⽽通过了解电阻的变化可以知道热量的损失,反映样品的导热性能。
Hot Disk TPS 2500 S是⼀款⾼精度的研发⽤热常数分析仪,该仪器可同时测得待测材料的热导率、热扩散系数以及⽐热。TPS-2500S可⽤于测试各种不同类型的材料,包括固体、液体、粉末和复合材料。典型应⽤:(1)测试天然材料(⾦属、⼟壤、岩⽯、⽊头、⾕物、⽣物组织、矿物等);(2)测试合成材料(⾼分⼦、涂层、塑料、油品、基底材料、纳⽶材料、⾦属合⾦、橡胶等);(3)测试各向异性材料(纤维增强材料、多层材料等);(4)测试硅酸盐材料(陶瓷、玻璃等)。除此之外还可⽤于测量⾼温超导体、添加剂、织物、碳、凝胶、相转变或界⾯材料和⽯墨等材料。
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0.025mm,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。
设备参数
⾮薄膜导热系数范围:0.01~500W/mK;
热容(每单位体积)±7%;
薄膜导热系数范围:0.02~2W/mK;
精度:导热系数±5%
传感器:5465(半径3.189mm)
5501(半径6.403mm)
8563(半径9.868mm)
4922(半径14.61mm)
薄膜传感器:7280(半径14.95mm)
激光导热仪
仪器原理
在⼀定的设定温度T(由炉体控制的恒温条件)下,由激光源或闪光氙灯在瞬间发射⼀束光脉冲,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样品上表⾯中⼼部位的相应温升过程,得到温度(检测器信号)升⾼对时间的关系曲线。
设备参数
发光细菌
LFA457
导热系数:0.1~2000W/mK;
热扩散系数0.01~1000mm2/s;
⼯作温度:-125℃-500℃;RT-1100℃;
样品尺⼨:10 ~ 25.4 mm 圆,或 8×8 与 10×10mm2;最⼤样品厚度:100mm
激光能量:18.5J/Pulse(功率可调);
⽓氛:惰性,氧化,真空
LFA457配备低温炉和⾼温炉,可以测试从-125~1100℃温度范围内样品的热扩散系数、热容和导热系数。为了覆盖这⼀温度范围,提供了两种可⾃由切换的炉体。仪器既可使⽤内置的⾃动样品切换器在⼀次升温中对多个较⼩的样品进⾏测量,也可单独测量较⼤的样品(最⼤直径 25.4mm)。
LFA467 LT
导热系数:0.1~ 4000W/mK;
热扩散系数0.01~2000mm2/s;
⼯作温度:-100℃- 500℃;
样品尺⼨:直径6mm~25.4mm(包括⽅形);厚度0.01mm ~6mm(取决于导热系数);
⽓氛:空⽓、氩⽓、氦⽓
养生杯实验室的LFA 467为低温配置,可测温度范围为-100~500℃。和LFA457相⽐,LFA 467可以同时检测
16个直径为12.5mm左右的样品,更适合于⼤批量的测试。
该设备包含20 多种⽀架类型,可以测试不同形状⼤⼩样品的热物性;同时还提供了丰富的测量模式,适应各种类型的

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