激光導熱儀簡介

激光導熱儀，即激光閃射法導熱系數(shù)儀，是一種基于激光閃射法理論設計的非接觸式測量熱導率的先進儀器。它通過激光脈沖瞬間加熱樣品表面，精準捕捉溫度變化，從而獲取樣品的熱傳導性能。該儀器廣泛應用于物理學、工程與技術(shù)科學基礎學科、材料科學等領域，尤其在高導熱系數(shù)材料以及高溫環(huán)境下的測試中表現(xiàn)出色，具有樣品尺寸要求小、測量范圍寬廣等顯著優(yōu)勢，可測量除絕熱材料以外的絕大部分材料，是中高導熱系數(shù)材料測量的理想選擇。

閃光法導熱系數(shù)儀

閃光法導熱系數(shù)儀采用激光源或閃光氙燈，在設定溫度T（恒溫條件）下瞬間發(fā)射光脈沖，均勻照射樣品下表面，使表層吸收光能后溫度瞬時升高，以一維熱傳導方式向冷端（上表面）傳播。紅外檢測器連續(xù)測量上表面中心部位的溫升過程，得到溫度升高對時間的關系曲線。在理想條件下，通過計量半升溫時間t50，利用公式α= 0.1388 * d2 / t50（d為樣品厚度）計算樣品在溫度T下的熱擴散系數(shù)α。實際測量中，需考慮邊界熱損耗、樣品表面與徑向的輻射散熱等因素，使用數(shù)學模型進行修正。已知熱擴散系數(shù)、比熱與密度時，可計算導熱系數(shù)λ(T) = α(T) * Cp (T) * ρ(T)。

案例分析

1.垂直方向?qū)嵯禂?shù)測量

以鋁基板為例，其在LED燈具中垂直方向的導熱系數(shù)對燈具散熱性能至關重要。傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)熱源法測試高導熱純鋁基板存在誤差，而激光法可有效解決。將鋁基覆銅板上的鋁基材打磨成12.7mm圓，厚度1~4mm，在25℃條件下，采用“Single”模式測試熱擴散系數(shù)，輸入密度和比熱容參數(shù)，換算得到導熱系數(shù)。

2.水平方向?qū)嵯禂?shù)測量

對于水平方向熱導率受關注的材料，如散熱片、散熱器、包裝材料等，采用特殊In-Plane托盤測試。該托盤底座中心有5mm圓孔接收光源能量，蓋子直徑26mm，中心有10mm擋片屏蔽垂直熱信號，外圍2mm圓環(huán)供檢測器檢測水平熱信號。以石墨烯薄膜為例，裁剪成25.4mm圓，在25℃條件下，用“In-Plane”模式測試水平方向熱擴散系數(shù)，結(jié)合密度和比熱容參數(shù)，計算導熱系數(shù)。

總結(jié)

激光閃射法導熱系數(shù)儀憑借其廣泛的測量范圍，可覆蓋<0.1-2000W/m*K的導熱系數(shù)區(qū)間，適用于從低導熱聚合物到超高導熱金剛石等多種材料。其測量溫度范圍寬，樣品適應性強，不僅能測試常規(guī)固體片狀材料，還能通過合適夾具、樣品容器和熱學計算模型，測量液體、粉末、纖維、薄膜、熔融金屬、基體涂層、多層復合材料、各向異性材料等特殊樣品的熱擴散系數(shù)并計算導熱系數(shù)，為材料熱傳導性能研究和應用提供了強大支持。