深入了解一下瞬態(tài)平面熱源法的具體原理

　　瞬態(tài)平面熱源法測定材料熱物性的原理是基于無(wú)限大介質(zhì)中階躍加熱的圓盤(pán)形熱源產(chǎn)生的瞬態(tài)溫度響應。利用熱阻性材料做成一個(gè)平面的探頭，同時(shí)作為熱源和溫度傳感器。鎳的熱阻系數--溫度和電阻的關(guān)系呈線(xiàn)性關(guān)系，即通過(guò)了解電阻的變化可以知道熱量的損失，從而反映樣品的導熱性能。Hotdisk探頭采用導電金屬鎳經(jīng)刻蝕處理后形成的連續雙螺旋結構的薄片，外層為雙層的聚酰亞胺(Kapton)保護層，厚度只有0.025mm，它令探頭具有一定的機械強度并保持與樣品之間的電絕緣性。在測試過(guò)程中，探頭被放置于中間進(jìn)行測試。電流通過(guò)鎳時(shí)，產(chǎn)生一定的溫度上升，產(chǎn)生的熱量同時(shí)向探頭兩側的樣品進(jìn)行擴散，熱擴散的速度依賴(lài)于材料的熱傳導特性。通過(guò)記錄溫度與探頭的響應時(shí)間，由數學(xué)模型可以直接得到導熱系數和熱擴散率，兩者的比值得到體積比熱。

　　初始測試時(shí)，在Kapton涂層上會(huì )產(chǎn)生很小的溫度下降，經(jīng)過(guò)很短的，由于輸出功率是恒定的，溫度的下降將保持恒定。探頭的電阻變化可用下式表示。

　　R(t)=Ro[1+α△Ti+α△T(τ)] (1)

　　其中

　　Ro:探頭在瞬間記錄前的電阻;

　　α:電阻溫度系數(TCR);

　　△Ti:薄膜保護層中的溫差(由于保護層非常薄，在很短時(shí)間內可以把△Ti看作是定值);

　　△T(τ):與試樣處于理想*接觸時(shí)探頭平均溫升。

　　而△T(τ)可以表示為:

　　△T(τ)=QD(τ)/(λroπ^3/2) (2)

　　其中:

　　Q:恒定輸出功率;

　　ro:探頭半徑;

　　λ:被測樣品導熱系數，即我們要求的值;

　　D(τ):無(wú)因此時(shí)間函數。

　　假設R*=Ro(1+α△Ti), K=αRoQ/(λroπ^3/2)，將(2)式代入(1)式得:

　　R(t)=R* + K D(τ) (3)

　　將測得的電阻值R(t)對D(τ) 作圖得到一條直線(xiàn)，截距是C。通過(guò)反復變換特征時(shí)間θ擬合，使R(t)對D(τ)的 得直線(xiàn)相關(guān)性達到較大，此時(shí)導熱系數便可以由直線(xiàn)的斜率K計算得出。