C-Therm
Trident 導(dǎo)熱系數(shù)分析儀
石墨烯箔領(lǐng)域的應(yīng)用
石墨烯是由單層碳原子構(gòu)成的二維晶體材料,其理論熱導(dǎo)率可達(dá)5300 W/mK,遠(yuǎn)超傳統(tǒng)金屬材料(如銅的熱導(dǎo)率約為 401 W/mK,鋁約為 237 W/mK)。石墨烯箔則是通過(guò)化學(xué)剝離、氣相沉積或機(jī)械壓延等工藝,將石墨烯片層有序堆疊或復(fù)合形成的柔性薄膜材料,既保留了石墨烯優(yōu)異的導(dǎo)熱性能,又具備可規(guī)?;a(chǎn)、易裁剪加工的優(yōu)勢(shì),成為解決“高熱流密度”散熱難題的核心材料。
在芯片領(lǐng)域,石墨烯箔憑借其超?。ê穸瓤傻椭翈孜⒚祝⒏邔?dǎo)熱的特性,可直接貼合芯片表面或集成于柔性電路板中,實(shí)現(xiàn)熱量的快速傳導(dǎo)與擴(kuò)散,有效降低器件工作溫度,提升運(yùn)行穩(wěn)定性與使用壽命。
但盡管石墨烯箔具備優(yōu)異的導(dǎo)熱潛力,但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,原材料純度、制備工藝參數(shù)(如沉積溫度、壓力、退火時(shí)間)、片層堆疊方式等因素,都會(huì)對(duì)其最終的導(dǎo)熱性能產(chǎn)生顯著影響。因此,準(zhǔn)確測(cè)量石墨烯箔的導(dǎo)熱性能,不僅是評(píng)估材料質(zhì)量的核心指標(biāo),更是優(yōu)化制備工藝、推動(dòng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
從產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化角度來(lái)看,目前石墨烯箔行業(yè)尚未形成統(tǒng)一的導(dǎo)熱性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),不同測(cè)試方法、測(cè)試設(shè)備得出的結(jié)果往往存在差異,給上下游企業(yè)的產(chǎn)品對(duì)接帶來(lái)困擾。C-Therm Trident導(dǎo)熱儀采用國(guó)際認(rèn)可的測(cè)試原理,具備良好的測(cè)試重復(fù)性與準(zhǔn)確性,推動(dòng)石墨烯箔導(dǎo)熱性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的建立。
圖1-碳基材料的熱導(dǎo)率與其微觀結(jié)構(gòu)的相關(guān)性
1
Trident 導(dǎo)熱系數(shù)分析儀
Trident導(dǎo)熱系數(shù)薄板測(cè)試基于瞬態(tài)平面熱源法 (FLEX TPS),采用雙面?zhèn)鞲衅?,符合ISO 22007-2,通過(guò)一次測(cè)量來(lái)表征材料的導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散率和材料的比熱。測(cè)試高導(dǎo)熱的薄板樣品,最大測(cè)試樣品厚度可達(dá)10mm,C-Therm獨(dú) 家技術(shù)在<1mm薄板樣品有著極佳的精度。儀器具有卓越的精確度(優(yōu)于5%)和重復(fù)性(優(yōu)于1%),測(cè)試時(shí)間短(0.8-180秒),能夠快速準(zhǔn)確地提供測(cè)試結(jié)果。對(duì)樣品無(wú)需特殊制備,實(shí)現(xiàn)了無(wú)損測(cè)試,這些特點(diǎn)大大提高了測(cè)試效率并降低了測(cè)試成本。
Trident可用于實(shí)驗(yàn)室研發(fā),質(zhì)檢控制及生產(chǎn)制造過(guò)程,并可非常方便地同控溫箱、高壓倉(cāng)和手套箱等其他實(shí)驗(yàn)設(shè)備聯(lián)合使用,滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)各種測(cè)試 環(huán)境的不同需求。除TPS法外,Trident另有改良瞬態(tài)平面熱源法(Modified Transient Plane Source)、探針?lè)ǎ═ransient Line Source)和瞬態(tài)熱線(xiàn)法(THW)可選。
精確靈敏
操作簡(jiǎn)易
滿(mǎn)足多類(lèi)測(cè)試需求
2
樣品測(cè)試
(1)測(cè)試步驟
樣品厚度測(cè)量:使用千分尺精確測(cè)量石墨烯箔樣品的厚度,并在軟件中輸入該參數(shù)。
樣品放置:將兩片石墨烯箔樣品分別置于Flex TPS傳感器的兩側(cè),確保樣品完全覆蓋傳感器表面,如下圖所示:
圖2-石墨烯箔測(cè)試放置示意圖1
圖3-石墨烯箔測(cè)試放置示意圖2
圖4-石墨烯箔測(cè)試放置示意圖3
打開(kāi)專(zhuān)用軟件,軟件自動(dòng)識(shí)別測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)(ISO 22007-2)和已連接的傳感器尺寸。
圖5-Trident 導(dǎo)熱儀軟件界面示意圖
開(kāi)始測(cè)試:設(shè)置相應(yīng)參數(shù)后,點(diǎn)擊“Start Test”開(kāi)始測(cè)試,通常幾十秒內(nèi)即可獲得導(dǎo)熱系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)和比熱容等多項(xiàng)參數(shù)。
數(shù)據(jù)分析:軟件提供完整的數(shù)據(jù)分析功能,可導(dǎo)出專(zhuān)業(yè)測(cè)試報(bào)告。
以下三張圖為T(mén)rident 導(dǎo)熱系數(shù)分析儀測(cè)試柔性石墨與熱解石墨的導(dǎo)熱系數(shù)隨其密度或厚度增加的變化曲線(xiàn)。
圖6-不同密度柔性石墨導(dǎo)熱系數(shù)
圖7-不同密度柔性石墨及熱解石墨導(dǎo)熱系數(shù)
圖8-柔性石墨與熱解石墨導(dǎo)熱系數(shù)隨厚度的變化
圖6中測(cè)試了兩種制作工藝不同故密度有差異的柔性石墨烯箔材料,圖中密度較高的HPT-Flexible Graphite的導(dǎo)熱系數(shù)大于密度較低的HPB-Flexible Graphite的導(dǎo)熱系數(shù);而圖7是在圖6的基礎(chǔ)上增加了高定向熱解石墨的導(dǎo)熱系數(shù)隨密度變化的數(shù)據(jù),由圖7可知該材料的導(dǎo)熱系數(shù)與其密度為正相關(guān)。
圖8顯示了以上三種材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨其厚度增加的而降低,其中高定向熱解石墨的導(dǎo)熱系數(shù)與其厚度為非線(xiàn)形相關(guān),而另外兩種柔性石墨烯材料的導(dǎo)熱系數(shù)與其厚度為線(xiàn)形相關(guān)。
(2)部分應(yīng)用方向介紹
能源領(lǐng)域:在能源領(lǐng)域,石墨烯箔的熱性能直接影響設(shè)備的安全性和效率。如鋰離子電池?zé)峁芾恚?/span>石墨烯箔作為電池電極導(dǎo)熱增強(qiáng)層,可有效防止充放電過(guò)程中的局部過(guò)熱。Trident 導(dǎo)熱儀測(cè)試可評(píng)估不同溫度條件下石墨烯箔的熱穩(wěn)定性。
電子設(shè)備散熱:隨著人工智能硬件的發(fā)展,電子設(shè)備功率密度不斷增加,散熱是設(shè)備研發(fā)過(guò)程中的重要關(guān)注點(diǎn)之一。柔性電子設(shè)備是石墨烯箔的柔韌性與高導(dǎo)熱性的結(jié)合,而Trident 導(dǎo)熱儀測(cè)試可評(píng)估不同柔性石墨烯箔材料在一定溫度和濕度條件下的熱擴(kuò)散系數(shù)。
飛行器蒙皮材料測(cè)試:飛行器蒙皮需要具備良好的熱防護(hù)性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。對(duì)于加入石墨烯箔的復(fù)合蒙皮材料,利用 Trident 導(dǎo)熱儀測(cè)試不同復(fù)合材料的熱性能,選擇合適的材料和厚度,能夠有效降低蒙皮溫度,保證飛行器結(jié)構(gòu)的完整性和飛行安全。
(3)小結(jié)
隨著量子計(jì)算、人工智能硬件等前沿科技領(lǐng)域的發(fā)展,對(duì)石墨烯箔熱性能的要求將更加苛刻,精確熱性能數(shù)據(jù)是優(yōu)化石墨烯箔材料的關(guān)鍵,C-Therm公司將不斷對(duì)Trident 導(dǎo)熱儀進(jìn)行技術(shù)升級(jí)和創(chuàng)新,提高儀器的測(cè)量性能、拓展測(cè)量功能,以更好地滿(mǎn)足石墨烯箔材料領(lǐng)域日益增長(zhǎng)的測(cè)試需求。
END
北京英格海德分析技術(shù)有限公司
聯(lián)系電話(huà):18610082868/18516337279
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