导热系数是衡量材料中传递热量的能力。它取决于温度，并受到例如材料缺陷和自由电子浓度的影响。在广泛的温度范围内，它也可以是非线性的。此外，同一材料的不同样品/批次之间可能有很大差异。从理论上预测导热系数与温度的关系是具有挑战性的，因此实验方法是必不可少的。
导热系数的温度依赖性受主导传热机制的温度依赖性影响。在纯金属中，热量主要通过自由电子传递，导致导热系数随着温度的升高而降低。在电绝缘材料中，能量传输以晶格振动为主，而晶格振动通常表现出导热性随着温度的升高而增加。
Hot DiskAB提供各种解决方案，包括基于TPS技术和温度控制单元（TCU）的各种仪器作为配件，以帮助客户处理各种与温度相关的测量情况。每个TCU都可以由Hot Disk软件控制，它允许用户按照目标温度进行瞬态测量。
在本应用说明中，Hot Disk仪器研究高温材料热传递特性的独特能力通过对-20°C至1000°C之间的熔融石英的导热系数测量证明。这是通过使用配有合适的Hot Dis传感器和TCU配件的TPS仪器来实现的。熔融石英是一种具有良好特征温度依赖性的导热性材料；由于其化学稳定性，它也是一种适合高温的演示材料。
| 样品: |
熔融石英 (直径60毫米，厚度20毫米) |
动量的 (经过认证的99.99%纯度) |
|---|---|---|
| TCU: |
水浴循环器 (温度操作范围：-20~180°C) |
Thermofisher |
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对流烘箱 (温度运行范围：RT ~ 300°C) |
Carbolite | |
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管式炉 (温度运行范围：100~1000°C) |
Entech | |
| Hot Disk仪器: | TPS 3500 | |
| Hot Disk 传感器: |
4922, Kapton覆膜 (对于温度<300°C) |
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4922, 云母覆膜 (对于温度>300°C) |
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| 测试瞬态时间: | 80秒 | |
| 测试加热功率: | 400 mV |
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图1，熔融二氧化硅的导热系数与温度的函数，由Hot Disk仪器（红色）测量，以及从保护热板法测量1（蓝色）和最近从TDTR测量中获得的数据2（灰色）的比较。
在测量中，水浴循环器和Kapton覆膜传感器用于-20至100°C的温度，对流烘箱和Kapton覆膜传感器用于RT至300°C的温度，管式炉和云母覆膜传感器用于300°C以上的温度。云母覆膜传感器允许高达1000°C的测量。对于管式炉，在测试过程中使用了净化氮气，以分别抑制样品、传感器和接触布线的氧化。
对于每个编程温度，TPS仪器被设置为执行三次重复瞬态记录，中间间隔20分钟，以确保在启动新的瞬态记录之前样品中的等温条件。图1（红色）显示了测量的导热系数对温度的函数，分别作为从三个瞬态记录中提取的三个值的平均值。
Hot Disk分析软件包含一个特殊功能，允许用户对单个Hot Disk传感器校准TCR温度系数，并在确定瞬态记录的热传导属性时应用此TCR数据。这是使用Hot Disk传感器提供的默认TCR数据的替代方案，该默认数据已通过一系列Hot Disk传感器在工厂进行校准和平均。有关使用Hot Disk仪器校准特定Hot Disk传感器的TCR的更多信息，可应要求提供。
综上所述，在熔融石英样品上展示了测量高达1000°C的导热系数的能力。使用了三种不同的TCU配件，覆盖了-20到1000°C之间的广泛温度范围。测量结果证明与文献数据非常一致，在500°C的温度下偏差不到5%。对于较高的温度，偏差略大，这可能是由于样品、传感器和/或接触布线的氧化，以及测试室的温度稳定性降低造成的。
Hot Disk AB公司不断开发他们的仪器和配件，特别是用于高温应用，并感谢客户的所有反馈。如需更多信息、问题或意见，请通过以下方式联系我们: moc.stnemurtsniksidtoh@ofni.
参考文献
- A. Sugawara, Precise determination of thermal conductivity of high purity fused quartz from 0 to 650 °C, Physica 41 (1969) 515-520↩︎
- http://users.mrl.illinois.edu/cahill/tcdata/tcdata.html↩︎
