近年来，电子产品等半导体行业发展势头良好，并显示出小型化、集成化、功能化的生产趋势。在小体积的前提下，如果要达到与之前相同的处理能力，内部处理部件的数量就要增加，产热便会更多。为了及时将这些热量导出，就需要采用导热效果更好的导热垫片。

导热垫片

目前业界公认，将聚合物基体和多维填料复配，利用填料之间的联结形成导热网络，使热量能够通过填料的晶格传递，从而提高整个体系的导热系数，是提高热垫片导热性能的主要途径之一。

热传导填料在聚合物基体中的分布

但制备后的导热垫片导热性能到底如何，是否适用，还需要进行专业评估才能知道答案，因此“热导率测量”这对于选择最合适的材料来满足特定工程需求至关重要。而且通过测试热导率，还可以帮助工程师优化设计，确保材料能够有效地传导热量，提高系统的整体性能，因此是导热复合材料研究、设计和应用中的一个关键步骤，对于确保材料在热管理和传热领域的有效应用至关重要。

热导率的测试方法分类

作用于导热复合材料的温度场可分为稳态的温度场和非稳态的温度场,根据温度场的不同，测试的方法有有相应的分类。测试方法总体上主要分为两类：稳定相方法和瞬时导热方法。

1、稳态法

稳态相方法是指温度随样本的变化而变化，一般与时间无关（除了小的随机波动）。热导率的确定是建立在对热流密度及温度梯度测量的基础上的。稳态法的实际操作过程繁琐，对测试环境要求高，测量范围窄，对被测材料的形状也有特殊的要求，主要包括保护热板法、纵向热流法、热流量计法和圆管法。

①保护热板法

保护热板法常用来测试低热导率的材料。保护热板法的基本原理是在均匀板状试样上建立一维的热流密度，已知试样的温度差及试样的热传递面积，根据傅里叶定律可计算出试样的热导率。防护热板装置有双试件和单试件两种形式。双试件装置中，加热单元放置在两个试件中间，加热单元产生的热流量分别经两侧的试件传递给两侧的冷却单元。单试件装置中，加热单元一侧与试件接触传递热流量至冷却单元，另一侧则用绝缘材料和背防护单元代替试件和冷却单元。

保护热板法导热仪（来源：耐驰）及保护热板法原理示意图

②纵向热流法

纵向热流法依据的标准为 ASTMD 5470-06，适用于热界面材料的热导率与热阻测试。相比于其他方法，纵向热流法可以直接得出热导率数值，不需进行额外计算，数据处理较为方便，且其冷热两端直接与测试材料接触，相比闪光法，它的热导率测试值与理论值误差小很多，利于进行严谨研究。其测试原理为在材料热端进行加热，热量通过测试材料传导至冷端，测量冷热两端的温差以计算出材料热导率和热阻。

③热流量计法

热流量计法的原理是存在于热板和冷板的温度及温度梯度处于稳态状态时，热流计装置测试流过试件的热流密度。当已知标准试件的热流量和热阻（防护热板法测试得到），通过测试和测量待测试件的热阻和厚度，即可求出试件的热导率。

热流法导热仪（来源：耐驰）及热流量计法原理

④圆管法

圆管法测试是根据管状试件一维径向稳态导热原理。该方法可以测试单层或者多层管状结构的热导率。

2、瞬态法

瞬时导热方法通常用于测量热扩散系数，通过记录在样品表面添加瞬态或周期性热量后温度随时间的函数测量系数。热扩散系数可以从试样厚度和温度上升到其最大值的百分比所需要的时间来计算。相比于稳态法，瞬态法的测试速度快，对环境的要求低，测试装置简单，测试范围宽，对试样的要求不高，主要包括激光闪射法、瞬时热线法、瞬时平面辐射源法。

①激光闪射法

激光闪射法又称闪光法，其具体步骤为：首先对小的薄圆片施加高强度短时间的能量脉冲，当样品正面吸收能量后，样品的背面温度也会升髙，记录样品背面的温度随时间的变化规律后，通过记录样品背面的温度达到最高温度的某一百分比时所需要的时间，可以计算出样品的热扩散系数。利用不同的计算及修正模型（Cowan模型和In-Plane模型），闪光法可以用于测试薄膜平面方向和厚度方向的热扩散系数。己知样品的热扩散系数，比热及密度，闪光法可以得出样品的热导率。激光导热仪就是利用这一方法测试材料热导率的。

激光闪射法原理

②瞬时热线法

瞬时热线法的测试过程是：首先在均匀介质中插入一根热线，然后在热线中施加恒定的加热功率，观察热线及热线周围介质中的温度变化规律，再根据热线的温度变化规律以及输入功率的大小计算出被测物体的热导率。

③瞬时平面辐射源法

瞬时平面辐射源法测试热导率的基本原理是在无限大平板试样中施加圆盘形的热源，用于加热试件的圆盘形加热电阻丝既可以作为热源，又可以作为温度传感器。通过对加热电阻丝施加阶跃脉冲，观察加热电阻丝电阻的变化规律可以知道热量的损失情况，从而可以推导得到样品的热导率。热常数分析仪便是利用这一方法测试材料热导率的。

结语

总的来说，热导率的测量方式多种多样。在选择适用的方法时，不仅需要考虑测量的方法本身，还需综合考虑其他因素。这些因素包括材料的物理性质，样品加工成期望的几何形状和尺寸的难易程度，所需检测的精确度和准确性，检测周期的长短，以及安装检测设备所需的时间和资金等。综合考虑这些因素，方能选出最适合的测量工艺。

资料来源：

李元哲. 磁性碳纤维在氧化铝/硅橡胶导热垫片中取向排列及导热性能机制研究[D]. 上海:上海师范大学,2023.

粉体圈整理

本文为粉体圈原创作品，未经许可，不得转载，也不得歪曲、篡改或复制本文内容，否则本公司将依法追究法律责任。