[实用新型]一种LFA系列激光导热仪用样品夹具

说明书

本实用新型属于激光导热仪测量领域，具体涉及一种LFA系列激光导热仪用样品夹具，目的在于提高仪器对低导热样品面内热扩散系数测量精度。该样品夹具包括低导热材质的夹具底座和夹具固定板，夹具底座和夹具固定板连接样品的内壁增加凸起结构和气凝胶隔热膜，样品在测量时采用局部喷涂代替传统全覆盖喷涂，减少金属夹具和石墨层自身热传导对仪器信号采集的干扰。其中隔热膜使用超薄气凝胶隔热材料。本实用新型的LFA系列激光导热仪用样品夹具在测试时，可以有效的降低由于石墨涂层‑金属夹具‑样品直接接触时导致的额外热量扩散，对于低导热薄膜材料面内热扩散系数具有更高的测量精度。

技术领域

本实用新型属于激光导热仪测量领域，具体涉及一种LFA系列激光导热仪用样品夹具。

背景技术

材料的横向导热系数测量是关于材料本征性质的一项重要测试，尤其对于薄膜材料。现有技术通常采用耐驰LFA系列激光导热仪测量薄膜样品面内热扩散系数，进而计算出导热系数，传统测试方法会对测试样品的正反面均匀喷涂石墨，并卡入专用的测量夹具中进行测试。现有夹具由两瓣金属件组成，下半部分中心开孔，上半部边缘开小孔。测试原理是由激光源在样品底部瞬间发射一束光脉冲，样品底层石墨吸收光能后温度瞬时升高，并作为热源将能量以一维热传导方式向上表面传播。使用红外检测器透过顶部夹具边缘小孔，连续测量样品上表面边缘区域石墨层对应部位温度随时间上升过程。

但是，现有的激光实际测量过程中，由于样品-石墨层-夹具之间是直接接触，热量的传递过程是十分复杂的。当激光照射时，底部中心热量除了通过样品本身传导至上表面外，还会通过其他的三条路径传导：其一是喷涂的石墨层会向另一侧传导部分热量，其二是石墨产生的热量会传导至金属夹具，再通过夹具传导到另一侧，其三是热量垂直贯穿薄膜样品后，当其接触到金属夹具顶部时，会通过夹具传导至边缘探测窗口。当样品本征热导率高于金属夹具时，可以忽略这些界面干扰过程。当样品本征热导率低于金属夹具时，样品-石墨层-夹具之间互相传热将对测量结果带来严重干扰，得到的结果往往远高于实际数值，数据可信度大幅降低。这就需要一种新的方案来解决热传导问题。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的样品-石墨层-夹具之间直接接触，互相传热将对测量结果带来严重干扰问题，本实用新型提供一种LFA系列激光导热仪用样品夹具，降低了金属夹具和石墨涂层对样品测量过程的热传导干扰，提高了样品本征热导率高于金属夹具时测量的材料横向导热系数的准确度。

为了解决本实用新型的技术问题，所采取的技术方案为，一种LFA系列激光导热仪用样品夹具，包括夹具底座和夹具固定板，在夹具底座的中心处开设有贯穿的激光入射口，在夹具固定板上环绕其中心开设有若干热量探测窗口，所述激光入射口和热量探测窗口在激光入射方向上错位排布，所述夹具底座和夹具固定板上靠近样品的一面设置有凸起阵列，所述凸起阵列所在的夹具底座和夹具固定板面上分别贴覆有隔热膜，所述夹具底座、夹具固定板和凸起阵列的材质相同，由在高分子树脂中填充隔热组分制得；

在样品上与夹具固定板相对应的一面，至少在与热量探测窗口所对应的区域处喷涂第一石墨层；在样品上与夹具底座相对应的一面，至少在与激光入射口所对应的区域处喷涂第二石墨层，所述第一石墨层和第二石墨层在激光入射方向上错位排布。

作为LFA系列激光导热仪用样品夹具进一步的改进：

优选的，所述夹具底座、夹具固定板和凸起阵列的材质相同，且材质为在聚丙烯、尼龙、环氧树脂或酚醛树脂中填充空心玻璃微珠、陶瓷纤维、气凝胶粉末、空气中的一种或两种及以上。

优选的，所述隔热膜的厚度0.3-0.5mm。

优选的，所述凸起阵列在夹具底座和夹具固定板上的分布密度为4-10 个/cm²。

优选的，所述凸起阵列的形状为锥体、圆柱体或半球形。

本实用新型相比现有技术的有益效果在于：