平板穩(wěn)態(tài)法: 基于傅里葉一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)定律。它要求在測試過程中,熱量通過樣品的速率是恒定的(即達到熱平衡),沒有熱量的積聚。通過測量樣品在穩(wěn)定狀態(tài)下的厚度、兩側(cè)溫差以及通過的熱流密度來計算導(dǎo)熱系數(shù)。
瞬態(tài)熱源法: 基于非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)原理。它不需要等待系統(tǒng)達到熱平衡,而是通過在樣品中施加一個短暫的熱脈沖(如熱線、平面熱源或激光),然后記錄樣品溫度隨時間變化的響應(yīng)曲線。通過分析溫度上升或擴散的速度來反推出導(dǎo)熱系數(shù)。
平板穩(wěn)態(tài)法: 耗時較長。因為需要等待整個系統(tǒng)(包括環(huán)境)達到熱平衡,測試周期通常需要數(shù)小時甚至更長(例如防護熱板法可能需要4-8小時)。
瞬態(tài)熱源法: 速度快。由于不需要等待平衡,測試通常在幾秒到幾分鐘內(nèi)即可完成(如瞬態(tài)平面熱源法通常在5-160秒內(nèi))。
平板穩(wěn)態(tài)法: 非常適合測量低導(dǎo)熱系數(shù)材料(如絕熱保溫材料、塑料、橡膠等),在低導(dǎo)熱區(qū)域具有及高的精度和可靠性。但它通常不適用于液體或高導(dǎo)熱材料,且對樣品的尺寸和形狀(通常要求厚度均勻、表面平整)有嚴格要求。
瞬態(tài)熱源法: 適用范圍極廣。它可以測量從低導(dǎo)熱到高導(dǎo)熱(如金屬、石墨烯、陶瓷)的材料,也能輕松應(yīng)對液體、粉末、膏體以及各向異性材料。樣品制備相對簡單,對形狀要求不那么苛刻。
平板穩(wěn)態(tài)法: 被視為基準方法(如防護熱板法是仲裁方法),精度及高(誤差可控制在±2%以內(nèi)),重復(fù)性好。但它對環(huán)境條件(如溫度波動、氣流)要求非常苛刻,需要極其穩(wěn)定的實驗室環(huán)境。
瞬態(tài)熱源法: 雖然技術(shù)進,但在某些低導(dǎo)熱材料的測量上,其覺對精度可能略低于穩(wěn)態(tài)法。不過,它對環(huán)境的抗干擾能力較強,且能通過數(shù)學(xué)模型修正部分誤差。
| 特性 | 平板穩(wěn)態(tài)法 (如防護熱板法) | 瞬態(tài)熱源法 (如熱線法、Hot Disk) |
|---|---|---|
| 核心原理 | 傅里葉穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)定律 | 非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo),記錄溫度隨時間變化 |
| 測試速度 | 慢 (通常需數(shù)小時) | 快 (通常幾秒至幾分鐘) |
| 適用材料 | 低導(dǎo)熱材料 (保溫棉、塑料等) | 范圍極廣 (金屬、液體、粉末、各向異性材料) |
| 精度/可靠性 | 高,常作為基準/仲裁方法 | 較高,但在低導(dǎo)熱區(qū)可能略遜于穩(wěn)態(tài)法 |
| 環(huán)境要求 | 要求高,需嚴格控溫 | 相對寬松,抗干擾能力較強 |
| 樣品要求 | 要求高 (尺寸規(guī)整、表面平整) | 制備簡單,對形狀要求靈活 |
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