导热系数测试实验课件.ppt

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1、材料导热系数测试实验石墨烯导热系数导热系数，又称热导率，是表征材料导热能力的物理量，是指单位时间内单位温度变化产生的，垂直于均质材料表面方向的，单位厚度、单位面积上通过的恒定热流。单位是W/(m·K)，导热系数必须与其被测量的条件相联系，如温度、压力、材料组分系数、试样的方向性和定向性。随着新型材料的兴起，对于导热系数的测量需求越来越多，而对于导热系数各种实验测量方法的研究也日益增多瞬态热线法与其它常用测试方法相比，在测试准确度、测试速度方面都具有优势1.瞬态热线法原理瞬态热线法是利用测量热丝的电阻来测量物质导热系数的，基于1976年HealyJJ提出的理论，其理想模型为：在无限大的各向

2、同性、均匀物质中置入直径无限小、长度无限长、内部温度均衡的线热源，初始状态下二者处于热平衡状态，突然给线源施加恒定的热流加热一段时间，线热源及其周围的物质就会产生温升，由线热源的温升即可得到被测物体的导热系数。其控制方程是简单的傅里叶方程：T为温度，t为时间，a为被测物质的热扩散系数，a=λ/ρCp，λ为被测物质的导热系数，ρ与Cp分别为被测物质的密度和定压比热容。由上式可知，在r=r0处的热线温升与时间的对数成线性关系，因此可以分别从ΔT~lnt线性关系的斜率A和截距B得到导热系数和热扩散系数，即：(4)利用瞬态热线法进行导热系数的实验研究，正是基于式(4)进行的。从式(4)中可以看出

3、，只需要知道加到热丝上的单位长度的加热功率以及热丝受热后引起的温升与时间的对数关系，就可以求得导热系数。2.TC3000系列导热系数仪包括测试主机、传感器、测试软件（Hotwire3.0）操作方便，测试范围广3.操作步骤3.1准备试样对于块状或片状样品，需要准备两块相同材质的样品；样品的最小厚度应大于0.3mm，最小边长大于2.5cm，即保证样品将传感器完全覆盖，两块式样尺寸可不一致、边界可不规则；需要保证样品与传感器的接触面尽量平整光滑。3.2仪器连接将USB借口连接至计算机；将传感器连接器连接到测试主机后面面板的传感器端口上并旋紧；分别连接测试主机和测试计算机电源线，先打开测试主机的

4、电源，然后打开计算机的电源。3.3固体试样取其中一块式样置于平整的桌面上（为保证样品的整洁，可事先在桌面上放上一张干净的A4纸）。将传感器平放于样品上，保持传感器平整，传感器不能偏离试样。将另一块实验样品完全覆盖在传感器上，两块样品不得偏离传感器，确保样品和传感器表面之间无空气间隙，以尽可能减少接触热阻。用配套的500g砝码压住试样和传感器。4.实验测量启动Hotwire3.0测量软件；温度检测：点击“热平衡监测”按钮，监测被侧样品与传感器的温度，但温度波动度小于±50mK/5分钟的时候，可以结束监测，进入导热系数测量；导热系数测量：点击“导热系数测量”按钮，选择合适的测试条件，包括测量

5、电压、采集时间、连续采集次数和多次测量的时间间隔（常规默认即可）；多次测量结束后，软件会自动计算出结果和多次测量的偏差，并展示在分析界面上，可以导出数据或保存；测量结束后，将样品回收，将传感器表面擦拭干净，收回保护套中；关闭测量主机和电脑的电源，实验结束。5.实验样品1.固体：有机玻璃、硼玻璃、不锈钢2.液体：硝酸盐溶液3.粉体：LaNi0.4Fe0.6O3(LNF)粉体6.数据处理测出上述样品的导热系数7.思考题1.实验中外加电压和材料导热系数之间有什么联系？如何根据实验前对材料导热系数的估值来选取合适的电压？2.实验中测试的导热系数大小与什么因素有关？什么情况下测试出的导热系数会偏小

6、？