儀器簡(jiǎn)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(duì)固體、液體、粉末和膠體等各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)和熱逸散率進(jìn)行快速、精確地測(cè)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(cè)試熔融高分子、土壤、瀝青、油、蠟等材料的導(dǎo)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(diǎn)

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

2、廣泛的溫度范圍-50℃~200℃，可擴(kuò)展至500℃；

3、適用范圍廣：可以測(cè)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(wú)需校準(zhǔn)；

5、無(wú)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(shí)驗(yàn)室，質(zhì)量控制和在線檢測(cè)。

技術(shù)參數(shù)

相關(guān)配件

1， 壓力測(cè)試套件

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

2，高壓倉(cāng) (HPC)

C-Therm可以提供一系列不同壓力范圍的高壓組件，用來(lái)安全地表征樣品在不同壓力環(huán)境下的導(dǎo)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(cè)試套件（SVTK）

小劑量測(cè)試套件最初是與美國(guó)水面部一同開(kāi)發(fā)用來(lái)測(cè)試其含能材料的導(dǎo)熱系數(shù)。小劑量測(cè)試套件可以減少樣品測(cè)試過(guò)程中受熱對(duì)流效果的影響，使之成為理想的測(cè)試液體導(dǎo)熱系數(shù)的輔助工具。SVTK適用于測(cè)試納米和傳熱流體，同時(shí)也適用于測(cè)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(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試 (從-50℃~200℃) 。用戶可在TCiTM 操作軟件中實(shí)現(xiàn)控溫箱的基本控制，用戶可以直接預(yù)設(shè)溫度程序。

應(yīng)用領(lǐng)域

TCi可直接對(duì)固體、液體、粉末和膠體等各種材料的導(dǎo)熱系數(shù)和熱逸散率進(jìn)行快速、精確地測(cè)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(guó)、NASA、3M、霍尼韋爾、寶潔、杜邦、三星、清華大學(xué)、中國(guó)工程物理研究院、中科院化學(xué)所等研究機(jī)構(gòu)和高校。

TCi可用于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)，質(zhì)檢控制及生產(chǎn)制造過(guò)程。測(cè)試僅需短短幾秒，無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行制備，沒(méi)有樣品尺寸限制，且測(cè)試對(duì)樣品無(wú)損。

TCi導(dǎo)熱系數(shù)儀能非常方便地同控溫箱、高壓倉(cāng)和手套箱等其他實(shí)驗(yàn)設(shè)備聯(lián)合使用，滿足用戶對(duì)各種測(cè)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(cè)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(gè)獨(dú)特的科學(xué)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(jìn)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(qiáng)度和機(jī)械性能。

提高聚合物導(dǎo)熱性能主要有以下兩種途徑，，合成具有導(dǎo)熱系數(shù)高的結(jié)構(gòu)聚合物，如具有良好導(dǎo)熱性能的聚乙炔、聚、聚吡咯等，或具有完整結(jié)晶性，通過(guò)聲子實(shí)現(xiàn)導(dǎo)熱的聚合物。目前對(duì)以上高導(dǎo)熱聚合物的研究更多的關(guān)注其導(dǎo)電性，其導(dǎo)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(dǎo)熱性能，但制造工藝復(fù)雜。第二，使用高導(dǎo)熱性的金屬或無(wú)極填料填充聚合物材料，這種方法比較常用。這樣得到的導(dǎo)熱材料價(jià)格低廉、易加工成型，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?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(duì)聚二甲基硅氧烷性能的影響為例：

圖1. MWNT/PDMS 復(fù)合材料SEM圖 (a) U-MWNT/PDMS; (b) D-MWNT/PDMS; (c) SD-MWNT/PDMS（注：無(wú)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(dǎo)熱系數(shù)越大，相同體積分?jǐn)?shù)下，SD-MWNT/PDMS復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)要高于U-MWNT和D-MWNT。因?yàn)镾D-MWNT/PDMS復(fù)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(dǎo)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(xué)和技術(shù)的發(fā)展，在冶金、能源、運(yùn)輸、微電子、化學(xué)工程、航天器熱控制、制造業(yè)中，對(duì)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(dǎo)熱系數(shù)比液體大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這種添加了固體粒子的兩相流體的導(dǎo)熱系數(shù)比純液體大許多。

熱導(dǎo)率是衡量流體強(qiáng)化傳熱能力的重要參數(shù)，納米流體熱導(dǎo)率更是研究者們關(guān)注的熱點(diǎn)。TCi導(dǎo)熱系數(shù)儀，配備有專為液體測(cè)試的部件。小劑量液體樣品和秒級(jí)測(cè)試時(shí)間，可大大消除對(duì)流傳熱對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試產(chǎn)生的影響。

以丙二醇納米流體的熱導(dǎo)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(duì)氧化鋁納米流體導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)更高。不同尺寸（36,50,76nm）和溫度對(duì)氧化鋅納米流體導(dǎo)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(guò)特定激發(fā)條件會(huì)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(gè)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

含能材料在加工、裝配、運(yùn)輸和使用過(guò)程中，會(huì)受到一定程度的環(huán)境溫度和熱應(yīng)力作用，導(dǎo)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(duì)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(xué)性能（拉伸強(qiáng)度、彈性模量）和熱物理性能（導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)）。研究材料的導(dǎo)熱性能，對(duì)深入了解材料的抗熱沖擊性能有重要指導(dǎo)意義。而含能材料測(cè)試過(guò)程中的安全問(wèn)題，也應(yīng)該被重點(diǎn)關(guān)注。當(dāng)選擇大量的含能樣品進(jìn)行測(cè)試，材料中粒子彼此接觸而發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象甚至形成導(dǎo)熱鏈，容易發(fā)生危險(xiǎn)。TCi導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀，不僅僅可以直接對(duì)含能材料的導(dǎo)熱系數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)試，其的小劑量測(cè)試部件可保證測(cè)試過(guò)程中的安全性。

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

以乳液的熱危害為例

加拿大爆炸材料研究實(shí)驗(yàn)室評(píng)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(duì)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(dǎo)熱系數(shù)平均值為0.422W/mK，并無(wú)明顯導(dǎo)熱系數(shù)差值。

表2.3 混合不同添加劑下的乳液X3153導(dǎo)熱系數(shù)

通常，高的含水量和鋁導(dǎo)熱體的存在，會(huì)提高材料的導(dǎo)熱性能。當(dāng)鋁添加劑的含量增加到10%時(shí)，乳液的導(dǎo)熱系數(shù)并沒(méi)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(dǎo)熱系數(shù)。當(dāng)添加劑中空玻璃微球（絕熱體）含量增加，乳液的導(dǎo)熱系數(shù)逐漸降低。

4，紡織品

ASTM 新公布的測(cè)量方法 ASTM D7984，是C-Therm公司針對(duì)織物、纖維等所開(kāi)發(fā)出來(lái)的熱逸散率和導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)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(dǎo)熱系數(shù)分析儀”，來(lái)量測(cè)紡織品的熱傳導(dǎo)特性，進(jìn)而分析機(jī)能性紡織品隔熱或?qū)岬男阅?、并將其量化?/span>

對(duì)于織物導(dǎo)熱性能的研究，首先需要了解靜止?fàn)顟B(tài)下織物的導(dǎo)熱性能。服裝材料導(dǎo)熱性能的好壞，對(duì)于服裝的御寒和防暑具有重要的意義，從舒適度來(lái)看，夏季應(yīng)該選擇導(dǎo)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(dǎo)熱性能也起著重要的作用；如航天員艙外作業(yè)時(shí)人體所需的溫度環(huán)境主要是由艙外航天服來(lái)保障的，因此，需要準(zhǔn)確測(cè)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(jué)是影響消費(fèi)者穿衣整體舒適度的一個(gè)關(guān)鍵因素。而很重要的是身體對(duì)材料溫度的感覺(jué)與材料的溫度并不是同等的概念。決定溫度觸感的物理過(guò)程是導(dǎo)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(dǎo)，觸摸感覺(jué)較涼，而木材由于不易導(dǎo)熱，摸起來(lái)暖一些。導(dǎo)熱系數(shù)K的物理性質(zhì)由此被認(rèn)為與材料被感受到的溫暖程度相關(guān)。實(shí)際上，熱傳導(dǎo)的特性更復(fù)雜，進(jìn)一步取決于物質(zhì)的比熱容和密度，這些物理量組合起來(lái)叫做熱逸散率，定義為材料比熱容、熱導(dǎo)率以及密度三者乘積的平方根。使用TCi導(dǎo)熱系數(shù)分析儀，研究人員可以同時(shí)直接測(cè)量樣品的導(dǎo)熱系數(shù)和熱逸散率。