法国进口SETARAM(改良瞬态平面热源法)TCI导热系数仪

仪器简介

TCi采用“改良瞬态平面热源法(Modified Transient Plane Source，”MTPS”)”的*技术，可直接对固体、液体、粉末和胶体等各种材料的导热系数和热逸散率进行快速、*地测定。除MTPS探头外，TCi另有瞬态热线法（Transient Line Source）探头可选，用于测试熔融高分子、土壤、沥青、油、蜡等材料的导热系数。

主要应用领域

聚合物材料、相变材料、粉末材料、热界面材料、纳米材料、传热流体、隔热材料、热电材料、含能材料、建筑材料、地质材料和功能性织物、土壤、沥青、油、石蜡等等。

技术特点

1、可快速（3秒）、准确测试各种类型材料的导热系数，范围可从0.01-500W/mK;

2、广泛的温度范围-50℃~200℃，可扩展至500℃；

3、适用范围广：可以测试固体，液体，粉末，胶体，且可以在各种环境中灵活操作；

4、易操作，无需校准；

5、无需制备样品：样品尺寸不受限制；

6、方法；改良的瞬态平面热源法（ASTM D7984）；

7、灵活性高：可用于实验室，质量控制和在线检测。

技术参数

相关配件

1， 压力测试套件

对样品材料进行压缩可以提高材料的密度，影响材料的导热系数，所以对样品的压缩水平*控制对还原材料的应用条件至关重要。压力测试套件可以确保用户在材料测试过程中*控制压力，提供能高效反映导热系数的可重复性结果。CTA主要用于测试织物、纤维、隔热棉套、热界面材料和粉末。

2，高压仓 (HPC)

C-Therm可以提供一系列不同压力范围的高压组件，用来安全地表征样品在不同压力环境下的导热系数（环境压力~2000PSI）。HPC非常受石油，天然气，核能，和燃料电池领域用户的青睐。

3，小剂量测试套件（SVTK）

小剂量测试套件*初是与美国海军水面作战部一同开发用来测试其含能材料的导热系数。小剂量测试套件可以减少样品测试过程中受热对流效果的影响，使之成为理想的测试液体导热系数的辅助工具。SVTK适用于测试纳米和传热流体，同时也适用于测试乳液等高粘度流体。

4，Tenney Jr. 控温箱控温箱主要被应用于材料在非环境温度下的导热系数的测试 (从-50℃~200℃) 。用户可在TCiTM 操作软件中实现控温箱的基本控制，用户可以直接预设温度程序。

应用领域

TCi可直接对固体、液体、粉末和胶体等各种材料的导热系数和热逸散率进行快速、*地测定。TCi的应用领域包括聚合物材料、相变材料、粉末材料、热界面材料、纳米材料、传热流体、隔热材料、热电材料、含能材料、建筑材料、地质材料和功能性织物等等，全球的客户包括美国海军、NASA、3M、霍尼韦尔、宝洁、杜邦、三星、清华大学、*工程物理研究院、中科院化学所等研究机构和高校。

TCi可用于实验室研发，质检控制及生产制造过程。测试仅需短短几秒，无需对样品进行制备，没有样品尺寸限制，且测试对样品无损。

TCi导热系数仪能非常方便地同控温箱、高压仓和手套箱等其他实验设备联合使用，满足用户对各种测试环境的不同需求。

除MTPS探头外，TCi另有瞬态热线法（Transient Line Source）探头可选，用于测试熔融高分子，土壤，沥青、油、蜡等材料。

应用案例

1、高分子材料

聚合物是一个独特的科学领域，适用于许多行业。 聚合物可以作为电子，爆炸物，家居用品，热电，绝缘，包装等许多组件。研究人员不断改进这些材料，不仅能更好地提高其热物理性能，还要提高其密度，强度和机械性能。

提高聚合物导热性能主要有以下两种途径，*，合成具有导热系数高的结构聚合物，如具有良好导热性能的聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等，或具有完整结晶性，通过声子实现导热的聚合物。目前对以上高导热聚合物的研究更多的关注其导电性，其导热性能的研究还未引起足够重视；而完整结晶高度取向的聚合物虽然有良好的导热性能，但制造工艺复杂。第二，使用高导热性的金属或无极填料填充聚合物材料，这种方法比较常用。这样得到的导热材料价格低廉、易加工成型，经过适当的工艺处理或配方调整可以应用于某些特殊领域。

以表面功能化的多壁碳纳米管对聚二甲基硅氧烷性能的影响为例：

图1. MWNT/PDMS 复合材料SEM图 (a) U-MWNT/PDMS; (b) D-MWNT/PDMS; (c) SD-MWNT/PDMS（注：无改性的MWNTs (U-MWNTs)，联苯-甲醇-功能化碳纳米管(D-MWNTs)，硅烷化联苯-甲醇-功能化碳纳米管(SD-MWNTs)）

碳纳米管的添加量越大，导热系数越大，相同体积分数下，SD-MWNT/PDMS复合材料的导热系数要高于U-MWNT和D-MWNT。因为SD-MWNT/PDMS复合材料中，碳纳米管在基质中分散更加均匀，可提高PDMS和MWNT之间的热量传递。

2、纳米流体

纳米流体是指把金属或非金属纳米粉体分散到水、醇、油等传统换热介质中，制备成均匀、稳定、高导热的新型换热介质，这是纳米技术应用于热能工程这一传统领域的创新性的研究。随着热科学和技术的发展，在冶金、能源、运输、微电子、化学工程、航天器热控制、制造业中，对换热系统的效率提出了更高的要求。提高液体换热效率的一种有效方法是在基液中添加金属、非金属或聚合物固体粒子。由于固体粒子的导热系数比液体大几个数量级，这种添加了固体粒子的两相流体的导热系数比纯液体大许多。

热导率是衡量流体强化传热能力的重要参数，纳米流体热导率更是研究者们关注的热点。TCi导热系数仪，配备有专为液体测试的部件。小剂量液体样品和秒级测试时间，可大大消除对流传热对导热系数测试产生的影响。

以丙二醇纳米流体的热导率研究为例：

基液：丙二醇和水（60:40，质量比）

纳米材料：氧化铝，氧化锌

温度范围：-30℃~+90℃

相同浓度下，不同尺寸（15,20,45nm）和温度对氧化铝纳米流体导热系数的影响。结果表明，随着颗粒尺寸的增加，氧化铝的导热系数也随之增加。相同体积浓度下，大尺寸氧化铝纳米流体的导热系数更高。不同尺寸（36,50,76nm）和温度对氧化锌纳米流体导热系数的影响与氧化铝纳米流体相似。

3、含能材料

意为高能量密度的物质（HEDM），其表征为该类物质多具有爆炸性，燃爆性或其他经过特定激发条件会高速率高输出释放大量能量的物质。含能材料作为一种特殊的能源，在军事，民用等多个领域有着广阔的应用前景。

含能材料在加工、装配、运输和使用过程中，会受到一定程度的环境温度和热应力作用，导致材料产生形变，甚至发生破坏。因此，提高含能材料抗热冲击损伤的能力对改善炸药的安全性、可靠性和环境适应性具有重要意义。材料的抗热冲击性能取决于力学性能（拉伸强度、弹性模量）和热物理性能（导热系数、热膨胀系数）。研究材料的导热性能，对深入了解材料的抗热冲击性能有重要指导意义。而含能材料测试过程中的安全问题，也应该被重点关注。当选择大量的含能样品进行测试，材料中粒子彼此接触而发生团聚现象甚至形成导热链，容易发生危险。TCi导热系数测试仪，不仅仅可以直接对含能材料的导热系数进行精准的测试，其*的小剂量测试部件可保证测试过程中的安全性。

近年来，出现了许多涉及炸药，高能材料的失控反应事件。热导率可以帮助我们更好的理解爆炸物和物理性质对热稳定的影响。此外，许多含能材料粉末对非常容易通过冲击、摩擦或者静电放电进行引发。小剂量含能材料和特殊设计的传感器设计可以*小化这些危害的影响，此外，传感器设计可接地线，确保测试过程中的安全。

以硝酸铵乳液的热危害为例

加拿大爆炸材料研究实验室评估了硝酸铵乳液的热危害，为了更好的理解硝酸铵乳液形成和物理性能对热稳定性的影响。

表 2.1硝酸铵乳液的物理性质

表 2.2硝酸铵乳液的热性能

从表中可知，几种硝酸铵乳液的导热系数平均值为0.422W/mK，并无明显导热系数差值。

表2.3 混合不同添加剂下的硝酸铵乳液X3153导热系数

通常，高的含水量和铝导热体的存在，会提高材料的导热性能。当铝添加剂的含量增加到10%时，硝酸铵乳液的导热系数并没有明显差别。可能是由于铝氧化为Al2O3，在粒子表面形成钝化层，从而降低材料的导热系数。当添加剂中空玻璃微球（绝热体）含量增加，硝酸铵乳液的导热系数逐渐降低。

4，纺织品

ASTM 新公布的测量方法 ASTM D7984，是C-Therm公司针对织物、纤维等所开发出来的热逸散率和导热系数测量方法。制造商可用改良的瞬态平面热源法 (MTPS, Modified Transient Plane Source)，利用“导热系数分析仪”，来量测纺织品的热传导特性，进而分析机能性纺织品隔热或导热的性能、并将其量化。

对于织物导热性能的研究，首先需要了解静止状态下织物的导热性能。服装材料导热性能的好坏，对于服装的御寒和防暑具有重要的意义，从舒适度来看，夏季应该选择导热系数大的服装面料，而冬季刚好相反。

除日常穿着外，在航空航天领域，织物的导热性能也起着重要的作用；如航天员舱外作业时人体所需的温度环境主要是由舱外航天服来保障的，因此，需要准确测定舱外航天服织物在不同环境下的热特性。

织物“暖和”的感觉是影响消费者穿衣整体舒适度的一个关键因素。而很重要的是身体对材料温度的感觉与材料的*温度并不是同等的概念。决定温度触感的物理过程是导热的速度。这意味着即使两种材料处于相同的*温度，金属由于能保持皮肤上的热量快速传导，触摸感觉较凉，而木材由于不易导热，摸起来暖一些。导热系数K的物理性质由此被认为与材料被感受到的温暖程度相关。实际上，热传导的特性更复杂，进一步取决于物质的比热容和密度，这些物理量组合起来叫做热逸散率，定义为材料比热容、热导率以及密度三者乘积的平方根。使用TCi导热系数分析仪，研究人员可以同时直接测量样品的导热系数和热逸散率。

我们的一个户外零售商，对于评估“热感”随湿度的变化很感兴趣。水的热逸散率很高（~1600 Ws½/m2K，干燥状态的织物100

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