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原文传递一种操作便捷的材料热导率测试方法及装置

专利名称：	一种操作便捷的材料热导率测试方法及装置
摘要：	本发明涉及一种操作便捷的材料热导率测试方法及装置，该方法包括以下步骤：1)布设并连接材料热导率测试装置；2)控制直流电源对恒温陶瓷加热片进行加热，并以恒温陶瓷加热片作为热源，使得热量通过样品由恒温陶瓷加热片传递至散热铜板；3)数据记录仪通过K型热电偶分别测量恒温陶瓷加热片和散热铜板的温度，直至达到稳定；4)关闭直流电源，通过K型热电偶测量散热铜板在自然冷却过程中的温度变化，采用数据记录仪将采集的温度数据传输至计算机，计算机绘制散热铜板自然冷却过程中的冷却曲线，通过冷却曲线计算散热铜板的散热速率，进而得到样品的传热速率，即热导率。与现有技术相比，本发明具有操作简单、计算方便准确、成本低等优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	同济大学
发明人：	张东;张圆圆
专利状态：	有效
申请日期：	2021-11-05T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-01T00:00:00+0800
申请号：	CN202111304235.6
公开号：	CN114113203A
代理机构：	上海科盛知识产权代理有限公司
代理人：	杨宏泰
分类号：	G01N25/20;G01N25/18;G;G01;G01N;G01N25;G01N25/20;G01N25/18
申请人地址：	200092 上海市杨浦区四平路1239号
主权项：	1.一种操作便捷的材料热导率测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 1)布设并连接材料热导率测试装置，使恒温陶瓷加热片(2)、样品(3)和散热铜板(4)之间紧密贴合； 2)控制直流电源(1)对恒温陶瓷加热片(2)进行加热，并以恒温陶瓷加热片(2)作为热源，使得热量通过样品(3)由恒温陶瓷加热片(2)传递至散热铜板(4)； 3)数据记录仪(6)通过K型热电偶(5)分别测量恒温陶瓷加热片(2)和散热铜板(4)的温度，直至达到稳定； 4)关闭直流电源(1)，通过K型热电偶(5)测量散热铜板(4)在自然冷却过程中的温度变化，采用数据记录仪(6)将采集的温度数据传输至计算机(7)，计算机(7)绘制散热铜板(4)自然冷却过程中的冷却曲线，通过冷却曲线计算散热铜板(4)的散热速率，进而得到样品(3)的传热速率，即热导率。 2.根据权利要求1所述的一种操作便捷的材料热导率测试方法，其特征在于，所述的步骤3)中，当温度达到稳定后，散热铜板(4)的温度作为样品(3)的上表面温度T1，恒温陶瓷加热片(2)的温度作为样品(3)的下表面温度T2。 3.根据权利要求2所述的一种操作便捷的材料热导率测试方法，其特征在于，所述的步骤4)中，在样品(3)尺寸足够小，忽略样品侧面散发到周围环境中的热量，并且认为样品(3)的传热速率与散热铜板(4)的散热速率相等的条件下，样品(3)的热导率λ的计算式为：其中，L为样品的厚度，Ss为上表面面积，且Ss＝D2π/4，D为散热铜板的直径，m和c分别为散热铜板4的质量和比热容，且c为固定值0.3709J/(g·K)，K为散热铜板在T1处的自然冷却速率，δ为散热铜板的厚度。 4.根据权利要求3所述的一种操作便捷的材料热导率测试方法，其特征在于，所述的散热铜板在T1处的自然冷却速率K通过以下方法得到：当散热铜板(4)和恒温陶瓷加热片(2)温度稳定后，关闭直流电源(1)，测量并记录散热铜板(4)在自然冷却时的温度T与时间t的关系，得到冷却曲线，冷却曲线的切线斜率即为自然冷却速率，当散热铜板(4)的温度为T1时，可得自然冷却速率K，则有： 5.根据权利要求1所述的一种操作便捷的材料热导率测试方法，其特征在于，该测试方法适用于低温领域的固体材料热导率的测试。 6.根据权利要求5所述的一种操作便捷的材料热导率测试方法，其特征在于，所述的固体材料为相变复合材料，具体为混杂石墨烯气凝胶相变复合材料。 7.一种实现如权利要求1-6任一项所述材料热导率测试方法的测试装置，其特征在于，该装置包括直流电源(1)、恒温陶瓷加热片(2)、样品(3)、散热铜板(4)、K型热电偶(5)、数据记录仪(6)和计算机(7)，所述的样品(3)的上、下表面分别与散热铜板(4)和恒温陶瓷加热片(2)紧密贴合，所述的数据记录仪(6)通过K型热电偶(5)分别测量散热铜板(4)和恒温陶瓷加热片(2)的温度变化数据并发送到计算机(7)中，所述的直流电源(1)用以为恒温陶瓷加热片(2)供电实现加热。 8.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述的直流电源(1)为5V的直流电源，所述的恒温陶瓷加热片(2)为PTC加热板，所述的数据记录仪(6)为四通道温度计记录仪，其可测的温度范围为-200～1370℃，可承受的最大的直流电压和交流电压分别为60V和24V。 9.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述的样品(3)为直径25mm，厚度5mm的圆片状样品，且上下表面的温度分布均匀，忽略样品侧面散发到周围环境中的热量。 10.根据权利要求7所述的测试装置，其特征在于，所述的散热铜板(4)为比热容为0.385×103J/(kg·℃)，厚度为8.00mm的圆片状样品。
所属类别：	发明专利