[发明专利]一种直接通电纵向导热系数测试方法

说明书

本发明公开了一种直接通电纵向导热系数测试方法，将被测样品置于真空恒温腔内，并以四电极方式连接在测量电路中，控制真空恒温腔温度稳定在给定值，对被测样品段同时施加直流和交流电流，得出被测样品段在给定温度下的电阻R₀和斜率b；改变真空腔的温度得到不同温度下的电阻R₀和斜率b，从而获得被测样品段的电阻温度系数α和各温度下的导热系数λ‑侧面换热系数h曲线；在每个测量温度下，不同被测样品段的两次测试给出了两条不平行的λ‑h曲线，求这两条λ‑h曲线的交点(h_c，λ_c)，得到该温度下被测样品真实的侧面换热系数h_c和导热系数λ_c。本发明消除了侧面换热对于纵向导热系数测试的影响，可用于线材、微米纤维、以及一维纳米结构纵向导热系数测试。

技术领域

本发明属于固体材料热物性参数测试技术领域，具体涉及一种直接通电纵向导热系数测试方法。

背景技术

直接通电法是导电材料导热系数的主要测试方法之一。可用来测量线材的纵向导热系数，如GB/T 3651-2008，也可以用来测量单根微米纤维、一维纳米结构的纵向导热系数。在测试过程中，对被测样品施加电流，产生焦耳热以加热样品。部分焦耳热沿被测样品纵向传至基底，另外一部分焦耳热通过被测样品侧面的对流换热和辐射换热损失掉。精确确定被测样品侧面换热系数，决定了直接通电法纵向导热系数的测试精度。

针对特征尺寸在毫米量级的样品，GB/T 3651-2008首先在没有通电时，使用热电偶测量被测样品本身的温差，以及环境和被测样品之间的温差，从而求出被测样品侧面和环境的换热系数。然后在通电情况下，测量被测样品和环境的温度，求出被测样品的轴向导热系数。GB/T 3651-2008中的方法修正了侧面换热对于测量结果的影响。但在侧面换热系数较大时，GB/T 3651-2008中的方法不能得到满意的结果，尤其对热导率较低的材料，问题更为突出(胡芃,陈则韶.量热技术和热物性测定(第2版).中国科学技术大学出版社,2009,120-122)。

特别地，在测量微米纤维或一维纳米结构时，由于无法采用外部温度传感器来测量被测样品的温度，因此GB/T 3651-2008中的测试流程不再适用。由于准确测量单根微米纤维或一维纳米结构的侧面换热系数非常困难，因此微米纤维或一维纳米结构导热系数测试中，通常忽略侧面换热的影响，或者采用体态材料辐射发射率来估计侧面换热系数，导致测试结果存在较大误差。

发明内容

发明目的：本发明提出了一种直接通电纵向导热系数测试方法，可同时得到被测样品的纵向导热系数和侧面换热系数，从而消除侧面换热对于纵向导热系数测试的影响。

技术方案：本发明所述的一种直接通电纵向导热系数测试方法，包括以下步骤：

(1)将被测样品置于真空恒温腔内，并以四电极方式连接在测量电路中，其中内部两电极之间的样品段为被测样品段；

(2)控制真空恒温腔温度稳定在给定值，对被测样品段同时施加直流电流和交流电流，得出被测样品段在该温度下的电阻R₀和斜率b；

(3)依次改变真空腔的温度重复步骤(2)，得到不同温度下的电阻R₀和斜率b，获得被测样品段的电阻温度系数α和各温度下的导热系数λ-侧面换热系数h曲线；

(4)改变步骤(1)所述内部电极之间的距离，重复步骤(2)-(3)；

(5)在每个测量温度下，不同被测样品段的两次测试给出了两条不平行的λ-h曲线，求出这两条λ-h曲线的交点(h_c，λ_c)，h_c即为该温度下被测样品真实的侧面换热系数，λ_c即为该温度下被测样品的纵向导热系数。

所述被测样品段长度为被测样品直径或厚度的20倍以上。