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限大介質中階躍加熱的圓盤形熱源產生的瞬態(tài)溫度響應。利用熱阻性材料做成一個平面的探頭，同時作為熱源和溫度傳感器。鎳的熱阻系數(shù)--溫度和電阻的關系呈線性關系，即通過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(xù)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。在測試過程中，探頭被放置于中間進行測試。電流通過鎳時，產生一定的溫度上升，產生的熱量同時向探頭兩側的樣品進行擴散，熱擴散的速度依賴于材料的熱傳導特性。通過記錄溫度與探頭的響應時間，由數(shù)學模型可以直接得到導熱系數(shù)和熱擴散率，兩者的比值得到體積比熱。

　　初始測試時，在Kapton涂層上會產生很小的溫度下降，經(jīng)過很短的，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(shù)(TCR);

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

　　△T(τ):與試樣處于理想*接觸時探頭平均溫升。

　　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(shù)，即我們要求的值;

　　D(τ):無因此時間函數(shù)。

　　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，截距是C。通過反復變換特征時間θ擬合，使R(t)對D(τ)的 得直線相關性達到較大，此時導熱系數(shù)便可以由直線的斜率K計算得出。