[发明专利]一种操作便捷的材料热导率测试方法及装置

权利要求书

1.一种操作便捷的材料热导率测试方法的测试装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

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；

步骤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)；

步骤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；

步骤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；

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；

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，S_s为上表面面积，且S_s＝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；

所述装置包括直流电源(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。

2.根据权利要求1所述的测试装置，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：

3.根据权利要求1所述的测试装置，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。

4.根据权利要求3所述的测试装置，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。

5.根据权利要求1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。

6.根据权利要求1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。

7.根据权利要求1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。