Flash DSC跨界表征材料的热导率

张建军

河北师范大学分析测试中心，化学与材料科学学院，石家庄 050024

采用描述物质热传导能力的参数为热导率。热导率直接影响材料加工过程的工艺调节和产品器件质量。近年来，导热材料在电子芯片、新能源汽车、网络通信和人工智能等方面有越来越重要的应用，快速准确地表征材料的热导率是一项很重要的工作。

传统的导热率测试研究方法主要分为稳态和瞬态技术，前者采用绝缘衬底上的金属桥对样品进行电阻加热和温度监测，其缺点是耗时长、对环境要求高、样品需求尺寸大；后者通过快速扰动，监测温度随时间的瞬态变化，缺点是测试复杂，所测数据往往还需数学方法进行修正。

超快扫描量热技术通过较小的样品量在芯片传感器上实现了较快的升降温扫描速率和较精准的温度控制，拓展了常规差示扫描量热(DSC)技术在动力学研究领域的应用。其商业化设备梅特勒公司生产的Flash DSC通常采用铟颗粒的熔点进行设备的温度校正。

近日南京大学胡文兵教授课题组根据此温度校正实验提出了一种测试材料热导率的新方法，相关内容发表在Thermochimica Acta上1。对样品底部的芯片传感器进行加热而获得的不同升温扫描速率βh，利用样品上方铟的熔点和参比盘上铟的熔点之差ΔT，来反映样品上下表面的温差。由傅里叶热传导定律，样品上下表面的温差与垂直于薄膜表面方向的加热速率成正比，由比例系数可测得样品的热导率。所测得的聚乙烯薄膜样品的热导率与采用其它方法测得的文献报道值较为接近，证明了此方法的有效性。

采用Flash DSC方法测试材料的热导率，仅需极小的样品量，可对纳米级重量和厚度尺寸的样品热导率进行有效表征和测量。本方法突破了传统DSC测试方法的边界，适用材料范围广泛，温度范围也可随标样而改变，将来有望进行低维材料、液体材料、取向材料和高导热材料的测定，也可表征表界面的热阻，具有较广阔的应用前景。

样品摆放位置图和不同升温速率的熔融曲线。