孔隙密度對材料熱傳導的影響

 ​       隨著科技日新月異，各種科技產品都邁向輕薄短小及兼顧功能性的方向發展，功能性越多所需搭載的電子零組件就會越複雜，這種情況必然會產生一定的熱源，如果熱的累積無法有效的釋放，很可能造成功能故障或是零件的損壞，而一般熱的傳遞是透過在物體內部分子、原子和電子等微觀粒子的熱運動，在同一物質內從高溫處傳到低溫處的過程稱為導熱。在不導電的固體中，熱量的傳遞是通過晶格結構的振動，即原子、分子在平衡位置附近的振動來實現的。        

​        而固體中在不同密度下的熱傳導速率是否有差異，此次實驗就是研究密度對於熱導率的影響，本次實驗選用常見的洗衣粉作為樣品，利用特殊的製具，製具內填滿了粉末樣品，將感測器(Sensor)放置於樣品中，然後在樣品上方施以固定壓力，靜置一段時間後，再透過熱傳導係數儀HOT DISK TPS2500進行量測，如圖一，所有測試條件相同下，只改變粉末樣品施加壓力的大小，分別測試0~10471g不同重量壓力下的樣品熱傳導係數。

▲Powder sample (洗衣粉)

​​▲圖一  粉末樣品測試示意圖

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【測試結果】

重量(g)	導熱係數(W/mK)
00	0.1141
176	0.1234
471	0.1267
1741	0.1324
5471	0.1494
10471	0.1545

​▲圖二  壓力與熱導關係圖

        由測試結果能得知，熱導率隨著施加壓力的增大而升高，因粉末樣品受到壓力擠壓，粉末顆粒間的空氣間隙變少造成密度變高，圖二.施加重量與熱導關係圖，由關係圖的趨勢能發現，壓力導致密度的提高能有效地提升樣品的熱傳導值。

       而一般常見的IC封裝和電子零件，所使用的散熱的材料像是導熱材料或是介面導熱材料(導熱膠、導熱膏…等等)，主要的功用就是用於填補兩種材料或零件接合或接觸，產生的微空隙及表面凹凸不平的孔洞，減少熱傳遞的的阻抗，提高散熱性。由此實驗可得知，散熱材料的熱傳導速率要好，除了材質本身的導熱效果影響外，材料內密度高低，孔隙大小都是會影響到熱導的因素之一。

▲ HOT DISK TPS 2500 

       ​HOT DISK 熱傳導分析儀除了分析粉末的樣品外，還能分析固體、液體、膏狀..等不同形態的樣品進行測試，符合熱傳導標準檢驗方法ISO 22007-2，可以迅速並正確的量測各種不同性質(例如金屬、陶瓷、礦石、塑膠…等)材料的導熱率、熱擴散率和熱容，的熱傳導的測量。