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【原创】料热导率的方法

wanglijin

2007/05/14

实验室认可/资质认定

测材料热导率的方法电话咨询：010-62334851

测量热物性和测量电学性质比较类似。
热导率 = 电导率
热容/比热 = 电容
加热流，有温度差 = 加电流，有电压差
加AC热流，温度差对热流有相位差，因为有比热 = 加AC电流，电压对电流有相位差，因为有电容

对于一般金属，在常温下，获得电阻率rou，可以推算出热导率k。满足 k*rou/T=const. T 是温度。 const = 2.45e-8, 称为Lorentz number.这是因为在金属中，导电和导热主要是有电子在电场和温度场中移动完成的。

测量电阻率/电导率，可以加电压，测流过的电流。测热导率，可以加热流，测两端的温度差。但是热物性测量又要比电学测量困难的多，这是因为可以找到电绝缘体，却没有热绝缘体。在空气中测导体的电阻率，因为空气不导电，所以所有电流都从导体中流过=>R=U/I. 但是在空气中测物体的热导率，一部分热从空气中导走，虽然可以测两端的温度差，但流过物体的热量却不知道，所以测出的热导率会有误差。在真空中，可能好一点，但是如果温差大，又有热辐射导热误差。。。

测量热物性，有稳态和瞬态方法。
稳态指加DC热流，测温差，获得热导率k。
瞬态指加热流脉冲，测温差的decay，获得 thermal diffusivity =k/pC。
或者加AC热流，测温度和热流之间的相位差，获得 thermal diffusivity。

热导率和电导率一样，一般随着物体尺寸的减小而减小，而且出现各向异性。在文献中查到的一般都是bulk value, 适用于厚度大于5um左右的尺寸。

对厚度很小的thin film, 例如几百纳米厚金属，热导率只有其bulk value的一半。测量它们的热物性参数，就很困难。传统方法就不适用。

例如，偶现在用的方法是用一纳秒激光加热thin film,然后用另一激光测其表面温度的decay, 从decay的shape反推出thin film的热导率。
这里AC指交流， DC指直流 pc是是物体的热容（heat capacity)： p 是密度， kg/m^3.
c是比热( specific heat), J/kg-K

这里q是热流密度，单位是W/m^2.

热导率公式: q = k * DT/DX (Fourier公式）.

k : W/m-K
DT: temperature difference
DX: distance.

电导率公式：I/A = (1/rou) * DE/DX DE/DX = U
rou: 电阻率 A: 横截面积

Fourier公式对于物体尺寸相当或小于heat carrier 的mean free path 时不适用。这时候等效的k 也要比bulk value小。

料热导率的仪器

附件：

料热导率的仪器

相关话题

expresspony

第1楼2007/10/17

Thanks a lot.
wanglijin 发表:测材料热导率的方法电话咨询：010-62334851

测量热物性和测量电学性质比较类似。
热导率 = 电导率
热容/比热 = 电容
加热流，有温度差 = 加电流，有电压差
加AC热流，温度差对热流有相位差，因为有比热 = 加AC电流，电压对电流有相位差，因为有电容

对于一般金属，在常温下，获得电阻率rou，可以推算出热导率k。满足 k*rou/T=const. T 是温度。 const = 2.45e-8, 称为Lorentz number.这是因为在金属中，导电和导热主要是有电子在电场和温度场中移动完成的。

测量电阻率/电导率，可以加电压，测流过的电流。测热导率，可以加热流，测两端的温度差。但是热物性测量又要比电学测量困难的多，这是因为可以找到电绝缘体，却没有热绝缘体。在空气中测导体的电阻率，因为空气不导电，所以所有电流都从导体中流过=>R=U/I. 但是在空气中测物体的热导率，一部分热从空气中导走，虽然可以测两端的温度差，但流过物体的热量却不知道，所以测出的热导率会有误差。在真空中，可能好一点，但是如果温差大，又有热辐射导热误差。。。

测量热物性，有稳态和瞬态方法。
稳态指加DC热流，测温差，获得热导率k。
瞬态指加热流脉冲，测温差的decay，获得 thermal diffusivity =k/pC。
或者加AC热流，测温度和热流之间的相位差，获得 thermal diffusivity。

热导率和电导率一样，一般随着物体尺寸的减小而减小，而且出现各向异性。在文献中查到的一般都是bulk value, 适用于厚度大于5um左右的尺寸。

对厚度很小的thin film, 例如几百纳米厚金属，热导率只有其bulk value的一半。测量它们的热物性参数，就很困难。传统方法就不适用。

例如，偶现在用的方法是用一纳秒激光加热thin film,然后用另一激光测其表面温度的decay, 从decay的shape反推出thin film的热导率。
这里AC指交流， DC指直流 pc是是物体的热容（heat capacity)： p 是密度， kg/m^3.
c是比热( specific heat), J/kg-K

这里q是热流密度，单位是W/m^2.

热导率公式: q = k * DT/DX (Fourier公式）.

k : W/m-K
DT: temperature difference
DX: distance.

电导率公式：I/A = (1/rou) * DE/DX DE/DX = U
rou: 电阻率 A: 横截面积

Fourier公式对于物体尺寸相当或小于heat carrier 的mean free path 时不适用。这时候等效的k 也要比bulk value小。

料热导率的仪器

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