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南京大學胡文兵教授課題組:Flash DSC跨界表征材料的熱導率
2019-06-14  來源:中國聚合物網

  傳統的導熱率測試研究方法主要分為穩態和瞬態技術兩種,其中穩態測試技術包括了熱板法和熱流計法,主要采用絕緣襯底上的金屬橋對樣品進行電阻加熱和溫度監測。瞬態測試技術包括脈沖法,即用激光脈沖打在樣品表面的金屬橋,同時監測溫度隨時間的瞬態變化,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變化。

圖1.樣品擺放位置示意圖

  近日南京大學胡文兵教授課題組提出了一種測試熱導率的新方法,主要采用Mettler-Toledo公司出品的Flash DSC設備,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上。通過采用不同升溫速率加熱掃描,在升溫曲線上可以同時檢測樣品盤和參比盤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。通過實驗發現,如圖3所示,隨掃描速率變化,兩個金屬銦的熔融峰起始溫度差符合線性關系,反映了傅里葉傳熱定律。因此,由該線性關系的斜率就可根據材料的比熱和樣品厚度獲得材料的熱導率。

圖2 不同升溫速率下樣品的熔融曲線

圖3 參比盤與樣品盤金屬銦的熔融起始溫度差與升溫掃描速率的線性關系

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

  采用Flash DSC跨界方法測試材料的熱導率,具有樣品處理簡單,測試速度快,并且可以對納米級重量和厚度尺寸的樣品熱導率進行有效表征和測量,具有較廣闊的應用前景。

參考文獻:

[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

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(責任編輯:xu)
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