隨著人們對能耗、效率的日益重視，有效的熱傳導過程設計就顯得尤為重要。研發人員如何為處理器選擇更好的散熱材料，工程師想要知道鋁鑄錠凝固的速度有多快，如何最大限度地減小鋼塊的熱應力等等。實現這些工藝要求的必要條件就是準確的熱擴散系數和熱導率數據。

那什么測試方法才能夠準確、可靠、快速測試材料熱導率呢，或研究材料導熱性能隨溫度變化的規律？答案就是：激光閃射法。

  1.    激光導熱儀

激光導熱儀是利用激光脈沖加熱樣品下表面，并通過紅外檢測器測量樣品上表面溫度變化計算得出熱擴散系數，結合樣品的表觀密度值和比熱（可由激光法測定，亦可由DSC測定），計算可得到材料的熱導率，是一種快速的非接觸式測量熱導率的儀器。

『  激光導熱儀LFA467  』

  2.     測試相關標準

ASTM E 1461 通過閃光法測定熱擴散率的標準試驗方法

  3.     應用范圍

激光閃射導熱測試方法所要求的樣品尺寸小，測量速度快，精度高，能夠覆蓋<0.1-2000W/m*K（從較低導熱系數的聚合物，到超高導熱的金剛石）的寬廣的導熱系數測量范圍，測量溫度范圍寬，樣品適應面廣，不僅能測量普通固體樣品的導熱性能，通過使用合適的夾具或樣品容器并選用合適的熱學計算模型，還可測量諸如液體、粉末、纖維、薄膜、熔融金屬、膏狀材料、基質上的涂層、多層復合材料、各向異性材料等特殊樣品的熱擴散系數并進而計算導熱系數。

如下圖概括了許多材料的熱導率范圍。從圖中能看出，激光閃射法是溫度范圍最廣、涵蓋熱導率范圍最寬的導熱系數測試方法。因此在現代導熱測試領域，這一測量方法正扮演著越來越重要的角色。

  4.     試驗原理  

如左下圖所示，圖中在一定的設定溫度T（恒溫條件）下，由激光源在瞬間發射一束激光脈沖，均勻照射在樣品下表面，使其表層吸收光能后溫度瞬時升高，并作為熱端將能量以一維熱傳導方式向冷端（上表面）傳播。使用紅外檢測器連續測量上表面中心部位的相應溫升過程，得到類似于右下圖的溫度（檢測器信號）升高對時間的關系曲線。

『 LFA的基本原理示意圖(左) & LFA測試曲線圖(右) 』

  5.     LFA設備技術參數

溫度范圍：RT- 500℃

熱擴散系數范圍：0.01-1000mm2/s

導熱系數范圍：0.1-2000W/mK

熱擴散系數準確度：±3% 

熱擴散系數重復性：±2% 

比熱重復性：±3% 

波長范圍：150~2000nm 

脈沖寬度：20~1200μs

激光脈沖采樣頻率：2MHz

傳感器：MCT 

樣品直徑：6-25.4mm 、樣品厚度：0.01-6mm

6.     應用案例

●   碳納米管復合工程塑料（聚醚醚酮樹脂，PEEK）的導熱性能  

樣品為含14%CNT的PEEK,厚度約2.9毫米。LFA可以同時測量樣品的熱擴散系數和比熱。從室溫到200°C范圍內，可見熱擴散系數隨溫度降低，比熱隨溫度升高。計算得到的導熱系數隨溫度升高約45%，見下圖。

『  碳納米管復合材料(CNT-PEEK)的導熱性能隨溫度變化行為圖  』

●   高導熱銅箔的導熱性能

下圖展示了不同厚度的銅箔樣品的熱擴散數據。測試結果清楚表明，該系統適合測量具有高熱擴散系數的樣品。理論上說同樣的材料，不同厚度的樣品測量結果應該一致。但是在實際測量中往往不一定能做到——這取決于儀器本身的硬件（閃射光能量穩定性、采樣速率等）和軟件（熱損耗校正技術）。本例中，將樣品的厚度從3毫米減小到0.25毫米進行測試比較，可見不同厚度樣品的一致性很好。另外，由于系統采樣速率高，即使非常薄的樣品，也可以進行高精度測試。

『  不同厚度銅箔的熱擴散系數  』