[发明专利]一种基于T形结构的纳米线热导率的测量装置及方法

摘要

本发明提供一种基于T形结构的纳米线热导率的测量装置及方法，将热线两端搭接在热沉上，将待测线搭接在热线和热沉之间，由于部分热量沿待测线方向导走，沿热线方向的温度分布将发生变化，即由抛物线形变为双拱形，热线平均温度将明显下降。通过测量热线的平均温升的变化，就可求解得到待测线引入的总热阻，从而求得待测线的热导率。该装置结构简单，成本低廉，测量精度高，可用于包括导电、非导电细丝材料热导率的测量，具有很大的通用性。

主权项

1.基于T形结构的纳米线热导率的测量的方法，其特征在于，第一步：在测量碳纤维热导率之前，首先采用直接通电加热法对热线的电学和热学性质进行校正，将热线两端都搭接在热沉上，并通入直流电加热，沿热线长度方向的温度分布将呈抛物形，考虑热线表面热辐射损失，通入电流I以后，得到沿热线方向的一维稳态导热方程为：ΔT为热线温升，I通过热线电流，V热线两端电压，λ热线热导率，l热线长度，h＝εσ(T²+T_surr²)(T+T_surr)≈4εσT₀³，得到的热线平均温升为：第二步：Pt电阻温度计的工作范围为13.8～1023K，在该温度范围内，Pt电阻率可以表示为温度的三次方关系：ρ_e＝ρ₂₇₃[1+A(T‑273)+B(T‑273)²]其中ρ₂₇₃表示温度为273K对应的电阻率，A、B分别近似为3.98×10^‑3K^‑1和‑5.85×10^‑7K^‑2，定义阻温系数为：由于B是负数，β_T将随着温度升高而减小，在一定温度范围内，可用一阶线性近似代替求导，即：因此，Pt电阻率随温度的变化关系为：装置测量过程中，由于是很小的温度区间内校正Pt线的阻温系数，从而保证上式线性近似的准确性；通过测量Pt线电阻随温度的变化关系，可在不同的工作温度拟合得到对应的阻温系数，截面一致的Pt线的电阻随温度的变化为：因此，通过测量Pt热线的电阻，就可由上式得到热线的平均温升，与第一步计算得到的平均温升作比较，对Pt热线的电学和热学性质进行校正；第三步：将待测线的一端搭接在热线中间位置，另一端连接在热沉上，并保证搭接待测线的热沉为电绝缘，即待测线上没有电流通过，当搭接碳纤维以后，由于部分热量沿碳纤维方向导走，热线温度将变成双拱形，如果考虑表面热辐射损失，可得待测线的温度控制方程为：根据边界条件，联立方程可求得搭接待测线之后的热线平均温升：其中h_f≈4ε_fσT₀³，R_c为待测线与热线之间的接触热阻，R_f为待测线热阻，l_f、λ_f、S_f分别是待测线的长度、热导率、横截面积，S热线横截面积；第四步，由接入待测线后热线的平均温升计算得到待测线的热阻R_f，根据热阻的计算公式R_f＝l_f/(λ_fS_f)即可求得待测线的热导率λ_f。