[发明专利]具有独立探头的谐波法固体材料热物性测试方法及装置

权利要求书

1.一种具有独立探头的谐波法固体材料热物性测试方法，其特征在于，利用具有独立探头的谐波法固体材料热物性测试装置实现该方法的步骤如下：

步骤1：把独立探头夹在两块已知热物性参数的相同标准样品之间构成测试结构，并放置在样品固定台底座的上面，移动滑块和螺杆，当螺杆的顶端接触到标准样品的顶面时停止移动滑块并在侧面通过螺栓固定滑块；

步骤2：用扭矩测量部扭转螺杆，在一个扭力点上暂停并记录对应的扭力值，然后开始用谐波法测量独立探头内的微型金属带两端的基波电压及三次谐波电压，根据谐波法测试原理拟合标准样品的导热系数值；

步骤3：继续转动扭矩测量部使扭力值增大，然后重复步骤2，得到多个扭力值下标准样品导热系数的测量值；

步骤4：利用得到的标准样品多个导热系数的测量值，找出与标准样品导热系数的真实值最接近的测量值，设此测量值对应的扭力值是不影响导热系数真实测量的独立探头与标准样品间的接触热阻所对应的扭力值，此扭力值为最佳扭力值；

步骤5：从凸台上取下测试结构，把独立探头夹在两块相同的待测样品之间构成新的测试结构，仍将其放置在凸台上，执行步骤1固定好新的测试结构；

步骤6：用扭矩测量部扭转螺杆，依次在多个小于最佳扭力值下停止扭转螺杆，记录扭力值并用谐波法测试待测样品的导热系数和热扩散率值；

步骤7：扭转扭矩测量部直至最佳扭力值，再用谐波法测试待测样品的导热系数和热扩散率，即完成对待测样品热物性参数的测试；

步骤8：记录多个小于最佳扭力值下的导热系数测量值及最佳扭力值下的导热系数测量值的大小，将小于最佳扭力值下的导热系数测量值与最佳扭力值下的导热系数测量值的差别作为待测样品与独立探头间存在接触热阻，所述待测样品与独立探头间的接触热阻的大小由扭力值的大小实验结果拟合的一个经验式决定，并且在最佳扭力值下待测样品与独立探头间存在的接触热阻不影响导热系数真实测量而可被忽略，通过计算多个小于最佳扭力值下导热系数测量值与最佳扭力值下导热系数测量值的差值，再运用接触热阻与热导率差值的关系式，得到多个扭力值下待测样品与独立探头间的接触热阻。

2.根据权利要求1所述的具有独立探头的谐波法固体材料热物性测试方法，其特征在于，所述独立探头内的微型金属带采用微弱周期正弦电流加热，测试时，调整所述微型金属带的基波电压，使微型金属带中间两引线端间的三次谐波电压接近1/500～1/1000基波电压。

3.一种如权利要求1所述的方法的固体材料热物性测试装置，其特征在于，该装置含有：独立探头、第一待测样品、第二待测样品、压力调整部、样品固定台、扭矩测量部、谐波测量单元，其中：

独立探头位于两块相同的第一待测样品、第二待测样品之间构成三明治式结构，三明治式结构放置于样品固定台，并且三明治式结构与样品固定台平行放置；

压力调整部位于第一待测样品的上端面上，并且压力调整部压紧第一待测样品，三明治式结构放置于样品固定台的上面；扭矩测量部套接于压力调整部的一端，扭矩测量部调节压力调整部的位移，并且扭矩测量部能在调节压力调整部过程中实时显示作用于三明治式结构的扭力值；谐波测量单元与独立探头电连接，用谐波法测量多个扭力值下独立探头两端的基波电压及三次谐波电压，根据谐波法测量原理计算拟合扭力值与独立探头和第一待测样品、第二待测样品间接触热阻的关系。

4.如权利要求3所述的固体材料热物性测试装置，其特征在于，所述独立探头包括：微型金属带、柔性覆盖膜、柔性衬底和四个引线件，微型金属带别与四个引线件的一端部连接；微型金属带和四个引线件位于柔性覆盖膜和柔性衬底之间；两个引线端分别与谐波测量单元的谐波探测两个电压引线端通过导线连接，谐波测量单元的另两个电流引线端通过导线接入另两个引线端周期对微型金属带电加热。

5.如权利要求4所述固体材料热物性测试装置，其特征在于，所述微型金属带和四个引线件由导电金属通过光刻或气相沉积工艺附着在柔性衬底上形成百纳米级厚的四焊盘形状结构，与柔性衬底为同种材料带胶的柔性覆盖薄膜通过热压工艺与基于柔性衬底的微型金属带及四个引线件形成三明治式结构，柔性衬底和柔性覆盖膜在微型金属带及四个引线件的底面和顶面形成具有一机械强度的微型金属带及四个引线件的绝缘保护层。

6.如权利要求5所述固体材料热物性测试装置，其特征在于，所述导电金属为箔或镍；所述柔性衬底为聚酰亚胺或云母。