儀器簡介

TCi采用“改良瞬態(tài)平面熱源法(Modified Transient Plane Source，”MTPS”)”的技術(shù)，可直接對固體、液體、粉末和膠體等各種材料的導熱系數(shù)和熱逸散率進行快速、精確地測定。除MTPS探頭外，TCi另有瞬態(tài)熱線法（Transient Line Source）探頭可選，用于測試熔融高分子、土壤、瀝青、油、蠟等材料的導熱系數(shù)。

主要應(yīng)用領(lǐng)域

聚合物材料、相變材料、粉末材料、熱界面材料、納米材料、傳熱流體、隔熱材料、熱電材料、含能材料、建筑材料、地質(zhì)材料和功能性織物、土壤、瀝青、油、石蠟等等。

技術(shù)特點

1、可快速（3秒）、準確測試各種類型材料的導熱系數(shù)，范圍可從0.01-500W/mK;

2、廣泛的溫度范圍-50℃~200℃，可擴展至500℃；

3、適用范圍廣：可以測試固體，液體，粉末，膠體，且可以在各種環(huán)境中靈活操作；

4、易操作，無需校準；

5、無需制備樣品：樣品尺寸不受限制；

6、方法；改良的瞬態(tài)平面熱源法（ASTM D7984）；

7、靈活性高：可用于實驗室，質(zhì)量控制和在線檢測。

技術(shù)參數(shù)

相關(guān)配件

1， 壓力測試套件

對樣品材料進行壓縮可以提高材料的密度，影響材料的導熱系數(shù)，所以對樣品的壓縮水平精確控制對還原材料的應(yīng)用條件至關(guān)重要。壓力測試套件可以確保用戶在材料測試過程中精確控制壓力，提供能高效反映導熱系數(shù)的可重復性結(jié)果。CTA主要用于測試織物、纖維、隔熱棉套、熱界面材料和粉末。

2，高壓倉 (HPC)

C-Therm可以提供一系列不同壓力范圍的高壓組件，用來安全地表征樣品在不同壓力環(huán)境下的導熱系數(shù)（環(huán)境壓力~2000PSI）。HPC非常受石油，天然氣，核能，和燃料電池領(lǐng)域用戶的青睞。

3，小劑量測試套件（SVTK）

小劑量測試套件最初是與美國水面部一同開發(fā)用來測試其含能材料的導熱系數(shù)。小劑量測試套件可以減少樣品測試過程中受熱對流效果的影響，使之成為理想的測試液體導熱系數(shù)的輔助工具。SVTK適用于測試納米和傳熱流體，同時也適用于測試乳液等高粘度流體。

4，Tenney Jr. 控溫箱控溫箱主要被應(yīng)用于材料在非環(huán)境溫度下的導熱系數(shù)的測試 (從-50℃~200℃) 。用戶可在TCiTM 操作軟件中實現(xiàn)控溫箱的基本控制，用戶可以直接預設(shè)溫度程序。

應(yīng)用領(lǐng)域

TCi可直接對固體、液體、粉末和膠體等各種材料的導熱系數(shù)和熱逸散率進行快速、精確地測定。TCi的應(yīng)用領(lǐng)域包括聚合物材料、相變材料、粉末材料、熱界面材料、納米材料、傳熱流體、隔熱材料、熱電材料、含能材料、建筑材料、地質(zhì)材料和功能性織物等等，的客戶包括美國、NASA、3M、霍尼韋爾、寶潔、杜邦、三星、清華大學、中國工程物理研究院、中科院化學所等研究機構(gòu)和高校。

TCi可用于實驗室研發(fā)，質(zhì)檢控制及生產(chǎn)制造過程。測試僅需短短幾秒，無需對樣品進行制備，沒有樣品尺寸限制，且測試對樣品無損。

TCi導熱系數(shù)儀能非常方便地同控溫箱、高壓倉和手套箱等其他實驗設(shè)備聯(lián)合使用，滿足用戶對各種測試環(huán)境的不同需求。

除MTPS探頭外，TCi另有瞬態(tài)熱線法（Transient Line Source）探頭可選，用于測試熔融高分子，土壤，瀝青、油、蠟等材料。

應(yīng)用案例

1、高分子材料

聚合物是一個*的科學領(lǐng)域，適用于許多行業(yè)。 聚合物可以作為電子，爆炸物，家居用品，熱電，絕緣，包裝等許多組件。研究人員不斷改進這些材料，不僅能更好地提高其熱物理性能，還要提高其密度，強度和機械性能。

提高聚合物導熱性能主要有以下兩種途徑，，合成具有導熱系數(shù)高的結(jié)構(gòu)聚合物，如具有良好導熱性能的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等，或具有完整結(jié)晶性，通過聲子實現(xiàn)導熱的聚合物。目前對以上高導熱聚合物的研究更多的關(guān)注其導電性，其導熱性能的研究還未引起足夠重視；而完整結(jié)晶高度取向的聚合物雖然有良好的導熱性能，但制造工藝復雜。第二，使用高導熱性的金屬或無極填料填充聚合物材料，這種方法比較常用。這樣得到的導熱材料價格低廉、易加工成型，經(jīng)過適當?shù)墓に囂幚砘蚺浞秸{(diào)整可以應(yīng)用于某些特殊領(lǐng)域。

以表面功能化的多壁碳納米管對聚二甲基硅氧烷性能的影響為例：

圖1. MWNT/PDMS 復合材料SEM圖 (a) U-MWNT/PDMS; (b) D-MWNT/PDMS; (c) SD-MWNT/PDMS（注：無改性的MWNTs (U-MWNTs)，聯(lián)苯-甲醇-功能化碳納米管(D-MWNTs)，硅烷化聯(lián)苯-甲醇-功能化碳納米管(SD-MWNTs)）

碳納米管的添加量越大，導熱系數(shù)越大，相同體積分數(shù)下，SD-MWNT/PDMS復合材料的導熱系數(shù)要高于U-MWNT和D-MWNT。因為SD-MWNT/PDMS復合材料中，碳納米管在基質(zhì)中分散更加均勻，可提高PDMS和MWNT之間的熱量傳遞。

2、納米流體

納米流體是指把金屬或非金屬納米粉體分散到水、醇、油等傳統(tǒng)換熱介質(zhì)中，制備成均勻、穩(wěn)定、高導熱的新型換熱介質(zhì)，這是納米技術(shù)應(yīng)用于熱能工程這一傳統(tǒng)領(lǐng)域的創(chuàng)新性的研究。隨著熱科學和技術(shù)的發(fā)展，在冶金、能源、運輸、微電子、化學工程、航天器熱控制、制造業(yè)中，對換熱系統(tǒng)的效率提出了更高的要求。提高液體換熱效率的一種有效方法是在基液中添加金屬、非金屬或聚合物固體粒子。由于固體粒子的導熱系數(shù)比液體大幾個數(shù)量級，這種添加了固體粒子的兩相流體的導熱系數(shù)比純液體大許多。

熱導率是衡量流體強化傳熱能力的重要參數(shù)，納米流體熱導率更是研究者們關(guān)注的熱點。TCi導熱系數(shù)儀，配備有專為液體測試的部件。小劑量液體樣品和秒級測試時間，可大大消除對流傳熱對導熱系數(shù)測試產(chǎn)生的影響。

以丙二醇納米流體的熱導率研究為例：

基液：丙二醇和水（60:40，質(zhì)量比）

納米材料：氧化鋁，氧化鋅

溫度范圍：-30℃~+90℃

相同濃度下，不同尺寸（15,20,45nm）和溫度對氧化鋁納米流體導熱系數(shù)的影響。結(jié)果表明，隨著顆粒尺寸的增加，氧化鋁的導熱系數(shù)也隨之增加。相同體積濃度下，大尺寸氧化鋁納米流體的導熱系數(shù)更高。不同尺寸（36,50,76nm）和溫度對氧化鋅納米流體導熱系數(shù)的影響與氧化鋁納米流體相似。

3、含能材料

意為高能量密度的物質(zhì)（HEDM），其表征為該類物質(zhì)多具有爆炸性，燃爆性或其他經(jīng)過特定激發(fā)條件會高速率高輸出釋放大量能量的物質(zhì)。含能材料作為一種特殊的能源，在軍事，民用等多個領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

含能材料在加工、裝配、運輸和使用過程中，會受到一定程度的環(huán)境溫度和熱應(yīng)力作用，導致材料產(chǎn)生形變，甚至發(fā)生破壞。因此，提高含能材料抗熱沖擊損傷的能力對改善的安全性、可靠性和環(huán)境適應(yīng)性具有重要意義。材料的抗熱沖擊性能取決于力學性能（拉伸強度、彈性模量）和熱物理性能（導熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)）。研究材料的導熱性能，對深入了解材料的抗熱沖擊性能有重要指導意義。而含能材料測試過程中的安全問題，也應(yīng)該被重點關(guān)注。當選擇大量的含能樣品進行測試，材料中粒子彼此接觸而發(fā)生團聚現(xiàn)象甚至形成導熱鏈，容易發(fā)生危險。TCi導熱系數(shù)測試儀，不僅僅可以直接對含能材料的導熱系數(shù)進行精準的測試，其的小劑量測試部件可保證測試過程中的安全性。

近年來，出現(xiàn)了許多涉及，高能材料的失控反應(yīng)事件。熱導率可以幫助我們更好的理解爆炸物和物理性質(zhì)對熱穩(wěn)定的影響。此外，許多含能材料粉末對非常容易通過沖擊、摩擦或者靜電放電進行引發(fā)。小劑量含能材料和特殊設(shè)計的傳感器設(shè)計可以最小化這些危害的影響，此外，傳感器設(shè)計可接地線，確保測試過程中的安全。

以乳液的熱危害為例

加拿大爆炸材料研究實驗室評估了乳液的熱危害，為了更好的理解乳液形成和物理性能對熱穩(wěn)定性的影響。

表 2.1乳液的物理性質(zhì)

表 2.2乳液的熱性能

從表中可知，幾種乳液的導熱系數(shù)平均值為0.422W/mK，并無明顯導熱系數(shù)差值。

表2.3 混合不同添加劑下的乳液X3153導熱系數(shù)

通常，高的含水量和鋁導熱體的存在，會提高材料的導熱性能。當鋁添加劑的含量增加到10%時，乳液的導熱系數(shù)并沒有明顯差別?？赡苁怯捎阡X氧化為Al2O3，在粒子表面形成鈍化層，從而降低材料的導熱系數(shù)。當添加劑中空玻璃微球（絕熱體）含量增加，乳液的導熱系數(shù)逐漸降低。

4，紡織品

ASTM 新公布的測量方法 ASTM D7984，是C-Therm公司針對織物、纖維等所開發(fā)出來的熱逸散率和導熱系數(shù)測量方法。制造商可用改良的瞬態(tài)平面熱源法 (MTPS, Modified Transient Plane Source)，利用“導熱系數(shù)分析儀”，來量測紡織品的熱傳導特性，進而分析機能性紡織品隔熱或?qū)岬男阅?、并將其量化?/span>

對于織物導熱性能的研究，首先需要了解靜止狀態(tài)下織物的導熱性能。服裝材料導熱性能的好壞，對于服裝的御寒和防暑具有重要的意義，從舒適度來看，夏季應(yīng)該選擇導熱系數(shù)大的服裝面料，而冬季剛好相反。

除日常穿著外，在航空航天領(lǐng)域，織物的導熱性能也起著重要的作用；如航天員艙外作業(yè)時人體所需的溫度環(huán)境主要是由艙外航天服來保障的，因此，需要準確測定艙外航天服織物在不同環(huán)境下的熱特性。

織物“暖和”的感覺是影響消費者穿衣整體舒適度的一個關(guān)鍵因素。而很重要的是身體對材料溫度的感覺與材料的溫度并不是同等的概念。決定溫度觸感的物理過程是導熱的速度。這意味著即使兩種材料處于相同的溫度，金屬由于能保持皮膚上的熱量快速傳導，觸摸感覺較涼，而木材由于不易導熱，摸起來暖一些。導熱系數(shù)K的物理性質(zhì)由此被認為與材料被感受到的溫暖程度相關(guān)。實際上，熱傳導的特性更復雜，進一步取決于物質(zhì)的比熱容和密度，這些物理量組合起來叫做熱逸散率，定義為材料比熱容、熱導率以及密度三者乘積的平方根。使用TCi導熱系數(shù)分析儀，研究人員可以同時直接測量樣品的導熱系數(shù)和熱逸散率。