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南京大学胡文兵教授课题组:Flash DSC跨界表征材料的热导率
2019-06-14 来源:中国流变网    点击次数:285次    

  传统的导热率测试研究方法主要分为稳态和瞬态技术两种,其中稳态测试技术包括了热板法和热流计法,主要采用绝缘衬底上的金属桥对样品进行电阻加热和温度监测。瞬态测试技术包括脉冲法,即用激光脉冲打在样品表面的金属桥,同时监测温度随时间的瞬态变化,另外还有3-omega热流变频法,即利用温度振荡随加热电流频率的瞬态变化。

图1.样品摆放位置示意图

  近日南京大学胡文兵教授课题组提出了一种测试热导率的新方法,主要采用Mettler-Toledo公司出品的Flash DSC设备,如图1所示,将两颗金属铟分别放置在聚乙烯薄膜样品上表面和空白参比盘上。通过采用不同升温速率加热扫描,在升温曲线上可以同时检测样品盘和参比盘上金属铟的熔融温度,从而获得薄膜样品上下表面的温度差,如图2所示。通过实验发现,如图3所示,随扫描速率变化,两个金属铟的熔融峰起始温度差符合线性关系,反映了傅里叶传热定律。因此,由该线性关系的斜率就可根据材料的比热和样品厚度获得材料的热导率。

图2 不同升温速率下样品的熔融曲线

图3 参比盘与样品盘金属铟的熔融起始温度差与升温扫描速率的线性关系

  由图3可计算出参比盘金属铟起始熔融温度151处,聚乙烯薄膜样品的热导率为0.219 W/K·m。这与Ramsey等人测得聚乙烯薄膜(密度:0.919 g/cm3 ,20)151处热导率为0.212 W/K·m,以及Zhang等人测得聚乙烯薄膜(熔体指数:4 g/10 min)151处热导率为0.215 W/K·m的文献测试结果很接近。

  采用Flash DSC跨界方法测试材料的热导率,具有样品处理简单,测试速度快,并且可以对纳米级重量和厚度尺寸的样品热导率进行有效表征和测量,具有较广阔的应用前景。

参考文献:

[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.

  文章链接:

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

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

 
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