激光导热仪工作原理与应用范围

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来源：上海和晟仪器科技有限公司 2023年01月09日 17:05

　　激光导热仪简介：

　　激光导热仪主要用于材料导热性能的测试。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，其中激光闪射法也称作闪光法和激光法。

　　基于激光闪射法理论设计而成的导热仪就叫做激光导热仪。激光导热仪可以直接测试得到材料的热扩散系数，同时可以测试得到材料的比热，已知比热和热扩散系数，可以计算得到导热系数。

　　激光导热仪适用于绝大多数材料导热性能的测试，绝热材料除外。激光导热仪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。

　　激光导热仪工作原理：

　　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（见图1），得到类似于右下图的温度（检测器信号）升高和时间的关系曲线（见图2）。

　　应用计算机软件的数学模型对理论曲线和试验温度上升曲线进行计算修正，从而测出样品的热扩散系数，再测出比热已知的标样的热扩散系数，利用数学模型计算出样品的比热，系统根据以下公式自动计算出样品的导热系数：

　　λ（T）=α（T）Cρ（T）·ρ（T）式中:λ为导热系数,W/(m K);α为热扩散系数,mm2/s;Cρ为比热J/g/K;ρ为密度,g/cm3。

　　其中样品的密度一般在室温下测定,其随温度的变化可使用材料的线膨胀系数进行修正（同时修正样品厚度随温度的变化),在测量温度不太高、样品尺寸变化不太大的情况下也可近似认为不变。

　　温度升高和时间关系曲线

　　激光导热仪应用范围：

　　激光闪射导热测试方法所要求的样品尺寸小，测量速度快，精度高；

　　能够覆盖<0.1-2000W/m*K（从较低导热系数的聚合物，到超高导热的金刚石）的宽广的导热系数测量范围，测量温度范围宽，样品适应面广；

　　不仅能测量普通固体样品的导热性能，通过使用合适的夹具或样品容器并选用合适的热学计算模型；

　　还可测量诸如液体、粉末、纤维、薄膜、熔融金属、膏状材料、基质上的涂层、多层复合材料、各向异性材料等特殊样品的热扩散系数并进而计算导热系数。

　　激光导热测试常见的问题解答：

　　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，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；

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