穩態熱流法導熱系數檢測 廣州導熱系數測試  

導熱系數的表征有多種方法，熱流法、熱線法、瞬態平面熱板法等。

導熱系數的測試主要有穩態法和非穩態法。

最早出現的是穩態法。常見的穩態法有熱流計法和防護熱板法。熱流計法，將熱流傳感器放置于樣品和冷板間，測量通過樣品的熱流，進而測試樣品的導熱系數。防護熱板法[1]的測試和熱流法類似，測試時將兩塊樣品交替放置于冷板和熱板之間，熱量從中心板傳遞到內防護板，垂直穿過試樣到達冷板，此時外防護板溫度顯示冷板和熱板的平均溫度，降低了樣品邊緣熱交換，形成一維垂直熱流，進而測試得到導熱系數。

穩態法的測試特點[3]是保持被測物質溫度梯度不變，形成穩態傳熱，通過傅立葉定律得到被測物質的導熱系數。剛開始穩態法主要用于測試導熱系數低的物質，隨著高導熱材料的需求越來越大，高導熱材料很難保持溫度梯度不變，穩態法不能滿足高導熱物質導熱系數的測試，加上穩態法中穩態溫度場達到的時間長、穩態法測試效率低，對被測物質的尺寸較為嚴格，非穩態法便產生了。

非穩態法又稱為瞬態法，主要包括熱線法、熱帶法、瞬態平面熱板法、激光閃射法等。

1960年代最早出現了熱線法。熱線法控制樣品溫度的將恒定功率的線狀導電體放置于兩塊樣品的平面間，通過測量兩個時間點的溫度變化來計算樣品的導熱系數。熱線法主要用于測試蓬松物質的導熱系數，如粉末。對于液體和固體的導熱系數，熱線法測試誤差較大，接觸熱阻的影響較大。

圖4 熱線法導熱系數測試原理及電路鏈接示意圖[2]

在熱線法的基礎上，1970年代發展了熱帶法。熱帶法測試原理和熱線法測試原理相同，不同的是將線狀的熱源改變成了帶狀的熱源，從而增加熱源和物質的接觸，降低接觸熱阻的影響。

1980年代，激光閃射法也開始發展。激光閃射法主要依靠激光源或閃光氙燈瞬間發射脈沖光束作為熱源，照在樣品表面，利用紅外檢測器檢測熱信號，從而分析得到熱擴散系數。激光導熱法直接得到的是熱擴散系數，后期通過擴散系數和密度、比熱計算可以得到導熱系數。

圖5 激光法測試熱擴散系數原理示意圖

同期，經過熱線法和熱帶法的發展，形成了一種新的測試方法，瞬態平面熱板法，也稱作瞬態平面熱源法和Hotdisk法。

瞬態平面熱源法不同于熱線法和熱帶法，將直熱源變成彎曲的熱源，形成平面熱源，小空間里獲得大的接觸面積，采用數學模型模擬傳熱過程。Hotdisk熱常數分析儀就是基于瞬態平面熱源法研制而成。