CN111795995A - 一种超薄薄膜散热材料的热导率测试系统与方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超薄薄膜散热材料的热导率测试系统与系统。所述系统包括用于收集、处理数据的控制系统及用于放置导热薄膜的导电基底，所述导电基底使用时表面有电流，导电基底上方设有激光测热仪。测试方法为：将样品的参数导入控制系统中；将导热薄膜固定在导电基底上；打开电源，使导电基底通电流，导热薄膜通入电流后，利用电机驱动激光测温仪从导热薄膜的一端运动到另一端，得到温度‑时间曲线图；判断激光测温仪是否达到极限位置；选择有效温度值并计算。本发明利用焦耳自加热原理，通过输入测量数据，实现薄膜热导率的快速测试。用户在可视化系统中，通过输入相关数据即可完成更快更有效地测量厚度低于20μm薄膜的热导率。
Description
技术领域
本发明涉及了一种超薄薄膜散热材料的热导率测试系统，具体涉及一种利用焦耳自加热法来测量薄膜样品的热导率的系统。
背景技术
薄膜测热导率一直是科学界一个重要的研究课题。最近数十年来，电子设备(如手机)的性能越来与好，因为更多高性能，体积小的硬件不断升价换代，但同时也带来了更严重的发热问题。利用界面散热性好的材料可以辅助散热，最常用的是导热硅脂散热。但是，导热硅脂的散热性并不太优秀，且具有一定的污染性。随着材料的发展，薄膜截面散热材料逐渐成为热门选择，如石墨烯薄膜，铜片等。铜的热导率在400w/(mK)左右，而石墨烯最高可达5000w/(mK)。如何很好的测量薄膜的热导率，一些是现在热学领域的重点研究方面。
激光导热法是目前常用的热导率测试方法，代表的有耐驰的Laser Flash测试仪器。Laser Flash使用激光闪射法，能够快速有效地测量出温度区间在-125℃-2800℃、热导率在0.1W/(mK)-2000W/(mK)的材料的热导率。然而，对于厚度在20μm以下的样品，这种方法就无法保证精确度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种超薄薄膜散热材料的热导率测试系统，它能够更快更有效地测量厚度低于20μm薄膜的热导率。
为了解决上述问题，本发明提供了一种超薄薄膜散热材料的热导率测试系统，其特征在于，包括用于收集、处理数据的控制系统及用于放置导热薄膜的导电基底，所述导电基底使用时表面有电流，导电基底上方设有激光测热仪。
本发明还提供了一种超薄薄膜散热材料的热导率测试方法，其特征在于，采用上述超薄薄膜散热材料的热导率测试系统，具体包括以下步骤：
步骤1)、输入测试信息：将样品的参数导入控制系统中；
步骤2)、调整样品位置：利用导电银浆将导热薄膜固定在导电基底上，调整导电基底的位置，使其与激光测温仪正对；
步骤3)、测试样品温度：打开电源，使导电基底通电流，导热薄膜通入电流后，利用电机驱动激光测温仪从导热薄膜的一端运动到另一端，得到温度-时间曲线图；
步骤4)：判断激光测温仪是否达到极限位置，若是，进行下一步；若否，则重复步骤3)直至达到极限位置；
步骤5)、用户选择有效温度值并计算：通过光标读出曲线任意位置的温度值，记录下温度的最大值Tm和最小值T0，数据自动导入到控制系统中，计算该导热薄膜的出热导率。
优选地，所述步骤1)中的参数指：导热薄膜的长度、宽度、厚度。
更优选地，所述导热薄膜的长度控制在30mm之内，宽度在3mm之内，长宽比为10：1。
优选地，所述步骤2)中调整导热薄膜与激光测温仪之间的高度差，使激光测温仪的激光焦点始终在导热薄膜上。
优选地，所述步骤3)中导热薄膜中通入的电流控制在2A之内。
优选地，所述步骤5)中导热薄膜热导率的计算公式为：
本发明利用焦耳自加热原理，通过输入测量数据，实现薄膜热导率的快速测试，用户所需的操作就是将样品制好，通过导电银胶固定在载物台上。设置一定的电流电压值，通入薄膜样品，驱动测温仪记录样品每个位置的温度数据。系统会根据所输入的样品参数、系统参数自动计算出热导率。用户在可视化系统中，通过输入相关数据即可完成更快更有效地测量厚度低于20μm薄膜的热导率。
附图说明
图1为本发明提供的超薄薄膜散热材料的热导率测试系统的示意图；
图2为本发明提供的超薄薄膜散热材料的热导率测试方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
如图1所示，为本发明提供的一种超薄薄膜散热材料的热导率测试系统，其包括用于收集、处理数据的控制系统及用于放置导热薄膜3的导电基底1，所述导电基底1使用时表面有电流2，导电基底1上方设有激光测热仪4。
一种超薄薄膜散热材料的热导率测试方法(如图2所示)，具体包括以下步骤：
步骤1)、输入测试信息：将样品的参数(导热薄膜3的长度、宽度、厚度，导热薄膜3的长度控制在30mm之内，宽度在3mm之内，长宽比为10：1)导入控制系统中；
步骤2)、调整样品位置：利用导电银浆将导热薄膜3固定在导电基底1上，调整导电基底1的位置，使其与激光测温仪4正对；调整导热薄膜3与激光测温仪4之间的高度差，使激光测温仪4的激光焦点始终在导热薄膜3上；
步骤3)、测试样品温度：打开电源，使导电基底1通电流2，导热薄膜3通入电流后，通入的电流控制在1A之内；利用电机驱动激光测温仪4从导热薄膜3的一端运动到另一端，得到温度-时间曲线图；
步骤4)：判断激光测温仪4是否达到极限位置，若是，进行下一步；若否，则重复步骤3直至达到极限位置；
步骤5)、用户选择有效温度值并计算：通过光标读出曲线任意位置的温度值，记录下温度的最大值Tm和最小值T0，数据自动导入到控制系统中，在控制系统中的热导率测试公式为
其中K为热导率(W/(mK)),V为电压(V)，I为电流值(A)，L为样品长度(m)，ω为宽度(m)，t为厚度(m)，Tm为温度最大值(K)，T0为温度最小值(K)，由此公式计算出导热薄膜3的热导率。
实施例1
将铜箔样品制成如下规格：厚度为50μm，长度为29mm，宽度为2.9mm，调整样品位置，使激光测温仪的激光焦点聚焦在样品表面，打开电源，电流为1.468A，电压为0.0112V，记录样品温度最大值Tm为23.87℃，最小值T0为22.6℃，将以上数值代入公式
计算得到样品热导率为323.654W/
(mK)。
实施例2
将石墨薄膜样品制成如下规格：厚度为17μm，长度为30mm，宽度为3mm，调整样品位置，使激光测温仪的激光焦点聚焦在样品表面，打开电源，电流为0.170A，电压为0.303V，记录样品温度最大值Tm为25.35℃，最小值T0为23.3℃，将以上数值代入公式
计算得到样品热导率为1847.56W/(mK)。
Claims (7)
1.一种超薄薄膜散热材料的热导率测试系统，其特征在于，包括用于收集、处理数据的控制系统及用于放置导热薄膜(3)的导电基底(1)，所述导电基底(1)使用时表面有电流(2)，导电基底(1)上方设有激光测热仪(4)。
2.一种超薄薄膜散热材料的热导率测试方法，其特征在于，采用权利要求1所述的超薄薄膜散热材料的热导率测试系统，具体包括以下步骤：
步骤1)、输入测试信息：将样品的参数导入控制系统中；
步骤2)、调整样品位置：利用导电银浆将导热薄膜(3)固定在导电基底(1)上，调整导电基底(1)的位置，使其与激光测温仪(4)正对；
步骤3)、测试样品温度：打开电源，使导电基底(1)通电流(2)，导热薄膜(3)通入电流后，利用电机驱动激光测温仪(4)从导热薄膜(3)的一端运动到另一端，得到温度-时间曲线图；
步骤4)：判断激光测温仪(4)是否达到极限位置，若是，进行下一步；若否，则重复步骤3)直至达到极限位置；
步骤5)、用户选择有效温度值并计算：通过光标读出曲线任意位置的温度值，记录下温度的最大值Tm和最小值T0，数据自动导入到控制系统中，计算该导热薄膜(3)的热导率。
3.如权利要求2所述的超薄薄膜散热材料的热导率测试方法，其特征在于，所述步骤1)中的参数指：导热薄膜(3)的长度、宽度、厚度。
4.如权利要求3所述的超薄薄膜散热材料的热导率测试方法，其特征在于，所述导热薄膜(3)的长度控制在30mm之内，宽度在3mm之内，长宽比为10：1。
5.如权利要求2所述的超薄薄膜散热材料的热导率测试方法，其特征在于，所述步骤2)中调整导热薄膜(3)与激光测温仪(4)之间的高度差，使激光测温仪(4)的激光焦点始终在导热薄膜(3)上。
6.如权利要求2所述的超薄薄膜散热材料的热导率测试方法，其特征在于，所述步骤3)中导热薄膜(3)中通入的电流控制在2A之内。
7.如权利要求2所述的超薄薄膜散热材料的热导率测试方法，其特征在于，所述步骤5)中导热薄膜(3)热导率的计算公式为：
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