随着人们对能耗、效率的日益重视，有效的热传导过程设计就显得尤为重要。研发人员如何为处理器选择更好的散热材料，工程师想要知道铝铸锭凝固的速度有多快，如何最大限度地减小钢块的热应力等等。实现这些工艺要求的必要条件就是准确的热扩散系数和热导率数据。

那什么测试方法才能够准确、可靠、快速测试材料热导率呢，或研究材料导热性能随温度变化的规律？答案就是：激光闪射法。

  1.    激光导热仪

激光导热仪是利用激光脉冲加热样品下表面，并通过红外检测器测量样品上表面温度变化计算得出热扩散系数，结合样品的表观密度值和比热（可由激光法测定，亦可由DSC测定），计算可得到材料的热导率，是一种快速的非接触式测量热导率的仪器。

『  激光导热仪LFA467  』

  2.     测试相关标准

ASTM E 1461 通过闪光法测定热扩散率的标准试验方法

  3.     应用范围

激光闪射导热测试方法所要求的样品尺寸小，测量速度快，精度高，能够覆盖<0.1-2000W/m*K（从较低导热系数的聚合物，到超高导热的金刚石）的宽广的导热系数测量范围，测量温度范围宽，样品适应面广，不仅能测量普通固体样品的导热性能，通过使用合适的夹具或样品容器并选用合适的热学计算模型，还可测量诸如液体、粉末、纤维、薄膜、熔融金属、膏状材料、基质上的涂层、多层复合材料、各向异性材料等特殊样品的热扩散系数并进而计算导热系数。

如下图概括了许多材料的热导率范围。从图中能看出，激光闪射法是温度范围最广、涵盖热导率范围最宽的导热系数测试方法。因此在现代导热测试领域，这一测量方法正扮演着越来越重要的角色。

  4.     试验原理  

如左下图所示，图中在一定的设定温度T（恒温条件）下，由激光源在瞬间发射一束激光脉冲，均匀照射在样品下表面，使其表层吸收光能后温度瞬时升高，并作为热端将能量以一维热传导方式向冷端（上表面）传播。使用红外检测器连续测量上表面中心部位的相应温升过程，得到类似于右下图的温度（检测器信号）升高对时间的关系曲线。

『 LFA的基本原理示意图(左) & LFA测试曲线图(右) 』

  5.     LFA设备技术参数

温度范围：RT- 500℃

热扩散系数范围：0.01-1000mm2/s

导热系数范围：0.1-2000W/mK

热扩散系数准确度：±3% 

热扩散系数重复性：±2% 

比热重复性：±3% 

波长范围：150~2000nm 

脉冲宽度：20~1200μs

激光脉冲采样频率：2MHz

传感器：MCT 

样品直径：6-25.4mm 、样品厚度：0.01-6mm

6.     应用案例

●   碳纳米管复合工程塑料（聚醚醚酮树脂，PEEK）的导热性能  

样品为含14%CNT的PEEK,厚度约2.9毫米。LFA可以同时测量样品的热扩散系数和比热。从室温到200°C范围内，可见热扩散系数随温度降低，比热随温度升高。计算得到的导热系数随温度升高约45%，见下图。

『  碳纳米管复合材料(CNT-PEEK)的导热性能随温度变化行为图  』

●   高导热铜箔的导热性能

下图展示了不同厚度的铜箔样品的热扩散数据。测试结果清楚表明，该系统适合测量具有高热扩散系数的样品。理论上说同样的材料，不同厚度的样品测量结果应该一致。但是在实际测量中往往不一定能做到——这取决于仪器本身的硬件（闪射光能量稳定性、采样速率等）和软件（热损耗校正技术）。本例中，将样品的厚度从3毫米减小到0.25毫米进行测试比较，可见不同厚度样品的一致性很好。另外，由于系统采样速率高，即使非常薄的样品，也可以进行高精度测试。

『  不同厚度铜箔的热扩散系数  』