热物性实验室样品尺寸一览

热导率测量方法和试样尺寸

    不久前的用户满意度调查中，有人建议汇总不同热导测量方法的试样尺寸，所以写了这篇小文章，即是梳理也算是对用户的回应。

    几乎一切技术领域都会涉及热现象，而热导率是最基本和重要的热物性参数。在过去的几十年中，已发展了大量的导热系数测量方法。然而，到目前为止依然没有一种方法能够适合各种材料和各种应用场合。要获得准确实用的测量数据，必须根据材料的导热特性和应用领域选择合适的方法。经过近几年的持续建设，实验室目前已可建立了大部分常见的热导率测量方法，可实现固体、液体、粉末以及薄膜等各类材料不同温度下的热导率测量。
     按照测量原理划分，热导率测量方法可分为稳态法和瞬态法。稳态测量方法是指待测试样上温度分布达到稳定后进行测量，其分析的出发点是稳态的导热微分方程，可以直接测量热导率。特点是计算简单、实验时间长、需要测量导热量和若干点温度，主要适合于中低热导率材料的测量。

保护平板法

该方法发展的很早，相关标准有ISO 8302，ASTM C177以及我国的GB/T 10294。该方法是一种绝对的测量方法，误差小，适合于绝热材料的测量。
 测试仪器：NETZSCH GHP 456
 试样尺寸：300mm  300mm，厚度25mm（最大100mm），需要两块样品
 温度范围：-160℃-250 ℃
 热导率测量范围：0.001-2W/mK

热流计法

热流计法是一种基于一维稳态导热原理的比较法，使用校正过的热流传感器测量通过样品的热流，传感器在平板与样品之间和样品接触。该方法的相关标准有ISO 8301，ASTM C518以及我国的GB/T 10295。
 测试仪器：NETZSCH HFM 446
 试样尺寸：200mm  200mm，厚度25mm（最大50mm），需要一块样品
 温度范围：-20℃-80 ℃
 热导率测量范围：0.001-2W/mK

保护热流计法

需要较高量程的样品，可以使用保护热流计法测定，该法原理与热流计法相似，不同之处是用在周围包上绝热材料和保护层，从而保证了样品测试区域的一维热流，提高了测试范围。相关标准为ASTM E1530。
 测试仪器：TA DTC 300
 试样尺寸：50mm ，厚度1-20mm，固体、液体、粉末、薄膜
 温度范围：-20℃-300 ℃
 热导率测量范围：0.1-30W/mK

瞬态测量方法是近几十年发展出的热导率测量方法，利用非稳态导热微分方程，测量温度随时间的变化，通过这种变化来直接推算热导率，或得到热扩散系数后利用试样的密度、比热来间接计算导热系数。这种测量方法的特点是测量时间短、操作方便、对环境要求低、测量温度范围广以及样品尺寸小等。

瞬态平面热源法

瞬态平面热源法（TPS）是由瑞典Chalmers University of Technology的S.Gustafsson教授在热线法的基础上发展起来的一项技术，也称HotDisk法。相关标准是ISO 22007-2，国内2015年发布了GB/T 32064-2015 建筑用材料导热系数和热扩散系数瞬态平面热源测试法。这种方法对样品尺寸不挑剔，可以方便的测试0.01W/mK-500W/mK范围内的大部分材料，如薄膜、绝热材料、硅胶、建筑材料、岩土、复合材料、金属合金等，配合温度箱和高温炉后堪称热导率测量的一大利器。
 测试仪器：HotDisk TPS2500s
 试样尺寸：常规模式一般要求50mm ，厚度20mm，需要两块样品（最小尺寸30mm 30mm，厚度10mm）
 Slab模式 80mm  80mm，厚度 0.2mm-5mm（高导材料），需要两块样品
  薄膜50mm，厚度<0.5mm，需要两片样品
  液体 200ml
 温度范围：-20℃-150 ℃
 热导率测量范围：0.01-500W/mK

闪光法

自Parker等于1961年提出并研制成功激光闪光法测量材料热物性以来，这种方法发展迅速，它要求的样品尺寸较小，温度测量范围宽广，可测量除绝热材料以外的绝大部分材料，特别适合于中高导热系数材料的测量。相关标准为ASTM E 1461和GB/T 22588-2008。但必须看到，闪光法的直接测量量是热扩散率，因此热导率的准确与否与比热的测量准确性具有相当大关系。
 测试仪器：NETZSCH LFA 457/ LFA 467
 试样尺寸：常规模式6mm ，8mm，10mm，12.5mm，6mm  6mm，10mm  10mm，厚度1-2.5mm（取决于试样热导率，高导的厚，低导的薄），需要一块样品；
  In-Plane 模式 25mm，厚度<1mm
  Laminar 模式 10mm  2mm 2mm，5-7根
 温度范围：-100℃-1000 ℃
 热导率测量范围：0.1-2000W/mK

    特殊测量模式以及实验室后续建立的微纳米薄膜热导测量系统留待下次介绍。