作者：朱明峰，曾智强
30年前碳复合材料就被开发出来，用于取代高性能军用飞行器引擎上的金属部件，现在这种材料也被用在民用飞行器、刹车制动（赛车刹车片）、真空炉部件、化学反应器和其它工业。碳复合材料具有诸多特性，比如质地轻、化学惰性、高温下强度高、比强度高于耐热合金，在热传导方面也优于铜和金。碳复合材料的性能差异很大程度上取决于内部纤维的分布方向。利用Netzsch LFA可以测量碳复合材料在不同方向上的热物性参数。
测试条件
温度范围：RT…1000°C
样品厚度：2.52mm
表面处理：石墨喷涂
样品支架：12.7mm
LFA比热标样：Poco石墨
测试结果
从上图来看，碳复合材料的热扩散和热传导在不同方向上差异明显，但是不同纤维方向样品的比热结果却具有高度的一致性和重复性。在整个温度范围内，比热随着温度的升高而逐渐增加，这与Debye理论的预测是一致的，而且测量值大小也符合石墨复合材料的经典数值。
微米级超薄石墨片的导热性能测试
作者：焦联联
In-plane 测量模式
随着电子产品的升级换代的加速和迷你、高集成以及高性能电子设备的日益增长的散热管理需求，石墨材料散热技术得到广泛的深入研究，可应用在笔记本电脑、平板显示器、数码摄像机、移动电话及针对个人的助理设备、LED 灯等领域。
本次测试采用 Netzsch 闪光法导热仪 LFA447 中的 In-plane 模式进行样品薄片的水平方向导热性能测试。
1.In-plane 测量模式介绍
测试示意图如下：
图 1. Netzsch LFA In-plane 模式测试原理示意图
一束激光能量照射到样品下表面范围较小的中心区域，然后该能量在样品内部沿着两个方向传导，一是垂直向上，二是水平方向。沿垂直方向直接传导的中心区域能量会被样品上方的样品支架盖子所遮挡从而不能被红外检测器检测到。而水平方向传递的能量经过一段时间的传导以后，最后经过样品支架盖子的镂空区域出来，被红外检测器检测到，所以红外检测器检测得到的信号是经过了平面传导一段距离后的那部分激光能量（其沿垂直方向传导的影响可通过模型进行修正）。通过耐驰特有的 In-plane 数学模型对测量结果进行拟合分析，我们可以准确计算材料平面方向上的热扩散系数。
2. 石墨薄片径向测试——In-plane 方式的样品放置图
图 2. In-plane 支架放置样品示意图
3. 石墨薄片径向测试—— Laminate 方式的样品放置图
为了验证耐驰 In-plane 模式测试结果的准确性，我们将石墨薄片样品在平面上一片片切开后，将薄片一片一片竖起来整齐叠加排列在下面的方形样品支架中，然后将两个端面在细砂纸上打磨平整，得到一块石墨径向测试的样品，这个样品采用垂直方式进行测试直接得到径向的导热系数，如果这个方式（下称为 Laminate 方式）得到的结果和 In-plane 方法得到的结果接近或相同，就能够证明 In-plane 模式的准确性。
图 3. 样品垂直叠加示意图
4. 实验结果
4.1 石墨薄片的厚度方向导热性能测试
图 4. 石墨片垂直方向测试结果
图4中显示的为石墨薄片厚度方向的测试结果，室温 25℃下的热扩散系数为 3.944 mm2 /s。将该热扩散系数、以及材料的比热数据（使用 DSC 测得）链接至材料的属性表中，再以 In-plane 方式进行测试，并使用“In-Plane各向异性+热损耗”模型计算水平方向的热扩散系数。结果如下：
4.2 石墨薄片的径向导热性能测试（Inplane 方式）
图 5. In-plane 径向测试结果
由图 5 中可看出,Inplane 模式测试得到的材料在 25℃下热扩散系数为 242.5 mm2 /s，导热系数为214.9 W/(m*K)。
与此同时，我们按照前述的特殊制样方法，以常规的单层模式对石墨薄层的径向导热性能进行了验证性的测试。
4.3 石墨薄片的径向导热性能验证性测试（Laminate方式）
图 6. Laminate 径向测试结果
图6 中可得石墨薄膜的 Laminate 径向测试结果：25℃下热扩散系数为 227.0 mm2 /，导热系数为201.2 W/(m*K)。
5. 分析与讨论
我们将两种模式的水平方向测试结果进行对比，结果如下：
实验结果表明：两种模式的测试结果较为吻合，若以 Laminate 模式作为真值（因单层常规计算模型具有更高的准确性，通常可达到 3%），则 In-Plane 模式的偏差仅为 6%，考虑到这一测试方法与计算模型的特殊性，已经具备了较高的准确性和可靠性。而 In-plane 模式在样品制备方面，又有着Laminate 方式所不能代替的便利性。这就为各向异性的薄膜测试提供了一种较好的方法。
此外，In-Plane 测试方法的应用不仅限于各向异性薄片材料的测量。对于某些微米级的高导热薄膜材料，若厚度方向传热时间极短，以至于无法使用常规方法测量其厚度方向的热扩散性能。此时如果该样品为各向同性，即水平方向导热性能与垂直方向相同，则也可使用 In-Plane 的径向测试代替垂直方向测试，获取样品的热扩散与导热系数。
