物體傳導熱量的能力,又稱為熱導率。定義為單位溫度梯度(在1m長度內(nèi)溫度降低1K)在單位時間內(nèi)經(jīng)單位導熱面所傳遞的熱量。單位為瓦每米開爾文[W/(m·K)],此處的K可用℃代替。導熱系數(shù)測量方法現(xiàn)已發(fā)展了多種,它們有不同的適用領域、測量范圍、精度、準確度和試樣尺寸要求等,不同方法對同一樣品的測量結果可能會有較大的差別,因此選擇合適的測試方法是首要的。
目前導熱系數(shù)測量方法分為穩(wěn)態(tài)法和非穩(wěn)態(tài)法兩大類,下面我們來說說穩(wěn)定法中的具體方法及原理。
穩(wěn)態(tài)法是經(jīng)典的保溫材料的導熱系數(shù)測定方法,至今仍受到廣泛應用。其原理是利用穩(wěn)定傳熱過程中,傳熱速率等于散熱速率的平衡狀態(tài),根據(jù)傅里葉一維穩(wěn)態(tài)熱傳導模型,由通過試樣的熱流密度、兩側溫差和厚度,計算得到導熱系數(shù)。
穩(wěn)態(tài)法適合在中等溫度下測量的導熱系數(shù)材料。適用于巖土、塑料、橡膠、玻璃、絕熱保溫材料等低導熱系數(shù)材料。
1.熱流計法
熱流計法是一種比較法,是用校正過的熱流傳感器測量通過樣品的熱流,得到的是導熱系數(shù)的值。測量時,將厚度一定的樣品插入于兩個平板間,設置一定的溫度梯度。使用校正過的熱流傳感器測量通過樣品的熱流,傳感器在平板與樣品之間和樣品接觸。測量樣品的厚度、上下板間的溫度梯度及通過樣品的熱流便可計算試樣的導熱系數(shù)。熱流法測試材料的導熱系數(shù)范圍比較窄(0.015-5W/m·k),溫度范圍為熱板90℃,冷板0℃~70℃。
2.動態(tài)法
動態(tài)法是新開發(fā)的方法,用于研究高導熱系數(shù)材料,或在高溫度條件下進行測量。工作原理是:提供樣品一固定功率的熱源,記錄樣品本身溫度隨時間的變化情形,由時間與溫度變化的關系求得樣品的熱傳導系數(shù)、熱擴散系數(shù)和熱容。
適合于測量高導熱系數(shù)材料或在高溫條件下的測量。適用于金屬、石墨烯、合金、陶瓷、粉末、纖維等同質(zhì)均勻的材料。