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  傳統(tǒng)的導(dǎo)熱率測(cè)試研究方法主要分為穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)技術(shù)兩種，其中穩(wěn)態(tài)測(cè)試技術(shù)包括了熱板法和熱流計(jì)法，主要采用絕緣襯底上的金屬橋?qū)悠愤M(jìn)行電阻加熱和溫度監(jiān)測(cè)。瞬態(tài)測(cè)試技術(shù)包括脈沖法，即用激光脈沖打在樣品表面的金屬橋，同時(shí)監(jiān)測(cè)溫度隨時(shí)間的瞬態(tài)變化，另外還有3-omega熱流變頻法，即利用溫度振蕩隨加熱電流頻率的瞬態(tài)變化。

圖1.樣品擺放位置示意圖

  近日南京大學(xué)胡文兵教授課題組提出了一種測(cè)試熱導(dǎo)率的新方法，主要采用Mettler-Toledo公司出品的Flash DSC設(shè)備，如圖1所示，將兩顆金屬銦分別放置在聚乙烯薄膜樣品上表面和空白參比盤(pán)上。通過(guò)采用不同升溫速率加熱掃描，在升溫曲線(xiàn)上可以同時(shí)檢測(cè)樣品盤(pán)和參比盤(pán)上金屬銦的熔融溫度，從而獲得薄膜樣品上下表面的溫度差，如圖2所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如圖3所示，隨掃描速率變化，兩個(gè)金屬銦的熔融峰起始溫度差符合線(xiàn)性關(guān)系，反映了傅里葉傳熱定律。因此，由該線(xiàn)性關(guān)系的斜率就可根據(jù)材料的比熱和樣品厚度獲得材料的熱導(dǎo)率。

圖2 不同升溫速率下樣品的熔融曲線(xiàn)

圖3 參比盤(pán)與樣品盤(pán)金屬銦的熔融起始溫度差與升溫掃描速率的線(xiàn)性關(guān)系

  由圖3可計(jì)算出參比盤(pán)金屬銦起始熔融溫度151℃處，聚乙烯薄膜樣品的熱導(dǎo)率為0.219 W/K·m。這與Ramsey等人測(cè)得聚乙烯薄膜（密度：0.919 g/cm³ ，20℃）151℃處熱導(dǎo)率為0.212 W/K·m，以及Zhang等人測(cè)得聚乙烯薄膜（熔體指數(shù)：4 g/10 min）151℃處熱導(dǎo)率為0.215 W/K·m的文獻(xiàn)測(cè)試結(jié)果很接近。

  采用Flash DSC跨界方法測(cè)試材料的熱導(dǎo)率，具有樣品處理簡(jiǎn)單，測(cè)試速度快，并且可以對(duì)納米級(jí)重量和厚度尺寸的樣品熱導(dǎo)率進(jìn)行有效表征和測(cè)量，具有較廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] Yucheng He, Xiaoheng Li, Ling Ge, Qinyun Qian, Wenbing Hu, Cross-plane thermal conductivity of thin films characterized by Flash DSC measurement, Thermochimica Acta, 677 (2019) 21-25.

[2] J.C. Ramsey III, A.L. Fricke, J.A. Caskey, J.Appl. Polym. Sci. 17 (1973) 1597–1605.

[3] X. Zhang, W. Hendro, M. Fujii, T. Tomimura, N. Imaishi, , Int. J. Thermophys. 23 (2002) 1077–1090.

  文章鏈接：

  http://doi.org/10.1016/j.tca.2019.01.003；

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S004060311831092X