Hot Disk熱傳導標準測試方法最新應用

      導熱係數與熱擴散係數是材料的重要熱物理性質參數。聚合物材料的導熱係數一般在0.2~1W/mK範圍內。對於這種低導熱材料的測試，傳統最常採用的測試方法為穩態法，如穩態熱平板法(Guarded Hot Plate)和穩態熱流計法(Heat Flow Meter)，對應的標準方法有ASTM C177、C518、E1530、D5470等。

        但對於這些穩態測試方法而言，對於樣品本身尺寸及厚度都有一定要求的限制，測試一個溫度點下的導熱係數通常也需花費至少30分鐘以上。近年來由於科技發展以及3C產品的普及，市場以開發高導熱材料的需求大量增加，瞬態測試的技術快速發展，許多瞬態技術在導熱材料中得到了應用，如ASTM E1461、D5930，為了規範材料瞬態測試方法，ISO提出了多個瞬態標準測試方法ISO 22007，按照測試參數將ISO標準分為以下幾類：

(一) 導熱係數與熱擴散係數
瞬態平面熱源法(Hot Disk) – ISO 22007 – 2
 
(二) 熱擴散係數
溫度波分析法 – ISO 22007 – 3 雷射閃光法 – ISO 22007 – 4
 
在ISO 22007中對多個瞬態測試方法訂定了規範，本篇將針對ISO 22007 – 2 瞬態平面熱源法(Hot Disk)做基本的介紹。在ISO 22007 – 2 明訂了測試的規範：
▶Thermal Conductivity：0.01 ~ 500 W/mK
▶Thermal Diffiusivity：0.1 ~ 100 mm2/s
▶Specific Heat Capacity：Up to 5 MJ/m3K
▶Temperature range：50K ~ 1000K

隨著技術的開發與進步，目前Hot Disk已能做到：
▶Thermal Conductivity：0.005 ~ 1800 W/mK
▶Thermal Diffiusivity：0.01 ~ 1200 mm2/s
▶Specific Heat Capacity：Up to 5 MJ/m3K
▶Temperature range：-235 ~ 1000℃

因應各式不同高低導熱材料的測試應用，Hot Disk在測試模組分為了八大類：
① Isotropic (量測範圍: 0.03W/mK ~ 500W/mK)
② Anisotropic (量測範圍: 0.005W/mK ~ 1500W/mK)
③ Slab (量測範圍: 1W/mK ~ 1500W/mK)
④ Thin film (量測範圍: 0.01W/mK ~ 5W/mK)
⑤ Single side (量測範圍: 0.1W/mK ~ 500W/mK)
⑥ One-dimentional (量測範圍: 1W/mK ~ 1800W/mK)
⑦ Low-density/High insulating (量測範圍: 0.01W/mK ~ 0.5W/mK)
⑧ Specific Heat Capacity Module(量測範圍: Up to 5MJ/m3K)

        從極低導熱(如:氣凝膠Aerogel )到高導熱材料(如：石墨片Graphite.石墨烯Graphene)，不同型態的樣品(塊材.薄膜.液體.粉體.膏體…)，不同材料的測試應用(等向性.異方向性.比熱…)都得以用Hot Disk來量測。 

舉例來說：
(1) 在一般測試比熱的標準方法，通常都是採用熱示差掃描卡量計(DSC)來進行量測，但在現今的客戶應用中，有些材料是屬於多層複合材料且不適合用於裁切的(如鋰電池)，因此在DSC比熱的量測上就顯得困難。Hot Disk在比熱的測試上開發最新的Sample holder，得以因應體積較大的材料比熱測試，同時也使得測量時的熱均勻性更佳。 

(2) 客戶應用為高分子熔融狀態下的熱傳導係數量測，對於典型接觸式的熱傳導設備而言，在測試上也具有困難性。在這個部分，Hot Disk也與加拿大熱傳導設備大廠Thermtest合作開發出專門針對這種測試應用的套件，得以解決過往客戶對於高分子熔融狀態熱傳導量測的需求。

​        目前科邁斯集團(先馳精密儀器股份有限公司)也於亞洲地區獨家代理Thermtest 手攜式熱傳導係數儀TLS-100，遵循ASTM D5334標準方法，可以針對土壤及岩石直接進行採樣量測，另外包含THW-L2，遵循ASTM D7896-14，特別針對液體及膏體的樣品；也包含符合ASTM C518測試規範的HFM 100，可以針對低導熱的材料(絕緣材料、建築隔熱材、紡織品…等)進行量測。在各式不同材料的熱傳導應用，我們都得以提供最適合的量測設備，替客戶找到材料測試最佳解決辦法。