【导热】导热系数仪（hotdisk）的介绍和应用

1.什么是导热？

导热是指两个相互接触且温度不同的物体，或同物体的各不同温度部分间在不发生相对宏观位移的情况下所进行的热量传递过程，物质传导热量的性能称为物体的导热性。就比如生活中常见的烹饪食物、贴暖宝宝、铺电热毯等都属于导热现象。

导热是依靠材料中的电子、原子、分子和晶格热运动来传递热量，导热系数的定义是：在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,℃），在1秒内（1s），通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度（W/(m·K)，此处为K可用℃代替）。

不同材料性质不同，导热机理也不同，一般金属的热导系数大于非金属，纯金属热导系数大于合金。那么我们如何能够测得到材料的导热系数呢？

从测试机理上主要分为稳态法和非稳态法；稳态法包括平板法、护板法、热流计法等；非稳态法又称为瞬态法，包括热线法、热盘法、激光法等。稳态法是一种基准方法，最开始是用于检测其他方法精度的依据。

但是实际上，稳态法能准确测量的影响因素太多，而且操作不方便，因此现在研究较多的是瞬态热线法。那有没有一种能够快速高效测试样品导热系数的方法呢？

hotdisk（TPS2500S）参照国际标准ISO 22007-2，是目前测试导热性能中最简单、准确的方法之一，让我们一起了解hotdisk（TPS2500S）吧。

2.hotdisk的工作原理是什么？

Hot Disk探头是一种薄片状结构，内部是镍丝，外面一般是聚酰亚胺或云母组成，其工作原理是：

热传导依赖探头温度变化及瞬态时间，围探头的样品无限大或测试过程中热流在样品内部传递是模型成立的前提，利用热阻性材料镍做成一个平面探头，同时作为热源和温度的传感器。

镍丝的热电阻系数—温度和电阻的关系呈线性关系，可通过了解电阻的变化可以知道热量的损失，从而通过数学模型拟合得出样品的导热性能。

3.hotdisk仪器的是如何进行测试的？

通过将上下平整的两个样品夹住探头，探头具加热功能，通过调节功率和测试时间来得到样品最佳（瞬态温升、总体比上特征时间、残差）的数据，通过计算数学模型拟合同时得到样品的导热系数、体积比热和热扩散系数。

测试时会根据样品尺寸和导热系数的大小，使用不同规格的导热探头和模块测试，主要分为普通模块、平板模块、单面法模块等，此外hotdisk还有各向异性模块和比热模块，用于分析样品轴向和径向的导热系数。

4.hotdisk有哪些优点？

1.测试时间短：直接测量热传导，能在几分钟内完成测试

2.测试范围广：基本模块导热测试范围0.005~500W/mK，其他模块可高达1800W/mK；

3.测试精度高：为±3%

4.不受接触热阻的影响：测试结果更贴近于材料本身的导热系数

5.测试种类多：可用于固体、粉末、涂层、薄膜、液体、凝胶、复合材料和各向异性材料测试

5.仪器数对样品有哪些要求？

1.hotdisk参照国际标准ISO 22007-2测得样品导热系数，可测粉末，块状，液体，薄膜等样品；

2.每次测试需要2块大小相同，表面平整的样品，能够夹住导热探头即可；

3.普通低导材料要求，建议长宽大于20*20mm，厚度大于3mm；

4.金属等高导材料，建议尺寸大于50*50*20mm；

5.粉末和液体样品建议提供10-25ml（液体样品能测导热系数不大于20w/mk）；

6.纸、织物和布等绝缘低导材料测试时为避免厚度不够，建议提供4-6片，尺寸大于30mm*30mm*（10μm~2mm）。

6.hotdisk测试有哪些注意事项？

1.探头主要是聚酰亚胺材质的，熔融盐，强碱，含氟的盐等材料一般会有损坏探头，此类样品测试前需要提前告知！

2.聚酰亚胺探头表面能一般是比较低的，测试中会变粘的物质会有一定影响！

3.表面不平整，尖锐且硬的物质对探头损伤很大！

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