什么是热导率?

热导率是衡量某种材料传递或传导热量的能力。传导发生时，温度梯度存在于整个材料。其单位为(W/mK)，用λ或k表示。

热力学第二定律指出，热量总是从较高的温度流向较低的温度。

热传导方程按下式计算:

表示单位时间内通过材料传递的热能。它的单位是焦耳每秒或瓦。

• k是热导常数。
• A是热能流经的表面积，单位为m2。
• ∆T为以开尔文为单位测量的温度差。
• L为材料的厚度，热量通过其传递，单位为m。
• 为了计算热导常数，可以使用以下公式:

特定材料的热导率取决于其密度、含水量、结构、温度和压力。

它是如何衡量的?

测量热导率的常用技术有:

防护热板法:

热板保护法是一种广泛应用的稳态热导率测量技术。需要测试的材料被放置在热板和冷板之间。用于计算热导率的参数是稳态温度，用于加热板的热量，以及材料的厚度。它可用于温度范围为80 - 1500 K和材料，如塑料，玻璃和绝缘样品。这是非常准确的，但需要大量的时间来进行测试。

热线法:

热丝法是一种瞬态技术，可用于测定液体、固体和气体的热导率。用于液体的标准热丝法是将加热的热丝置于样品中。当密度和容量给定时，热导率是通过比较导线温度与时间对数的曲线来确定的。

在固体的情况下，需要对这种方法进行轻微的修改，将热丝支撑在背面，这样就不会穿透固体。它工作在298 - 1800 K的温度范围内，是一种快速、准确的技术，但有一个关键的限制，那就是它只适用于低导电性材料。

比较切杆法:

比较切棒法是一种稳态技术，可用于金属、陶瓷和塑料的检测。热通量通过热导率已知和未知的样品，从而可以比较热梯度。它在293 - 1573 K的温度范围内工作，但测量相对不确定。

激光闪光法:

激光闪光法是一种瞬态技术，激光脉冲向样品前端传递一个短的热脉冲，在样品后端测量温度变化。它的工作温度范围为373 - 3273 K，可用于固体和液体。它的优点是速度快，精度高，但相当昂贵。

热流计法:

热流计方法是一种稳态技术，类似于保护热板方法，除了热流传感器是用来测量通过试样的热流，而不是一个主加热器。热通量是根据热电阻内的温度下降来确定的。热流计适用于373 - 573 K的温度范围，可用于塑料、陶瓷、绝缘材料和玻璃。热流计的主要优点是它们的设置相对简单，但测量不是特别准确。

哪些材料的导热系数最高/最低?

正如预期的那样，导热良好的材料，如金属，比导热效果不佳的材料(如聚合物和木材)具有更高的导热常数。

在金属组中，银的导热系数最高，铋的导热系数最低。

非金属液体的导热系数远低于金属的导热系数，气体的导热系数最低。在气体中，氢和氦的热导率相对较高。

哪些应用需要高/低导热系数?

相变材料用于热能存储应用，如加热和冷却系统，需要具有较高的导热系数，以最大限度地提高效率，而低导热系数的材料通常用于保温。

• http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/thercond.html
• 电子封装热管理先进材料，Tong博士，邢村Colin，先进微电子学施普林格系列。
• 施普林格材料测量方法手册，Horst Czichos, Tetsuya Saito, Leslie Smith，施普林格手册系列
• https://www.nde-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Physical_Chemical/ThermalConductivity.htm
• http://tpm.fsv.cvut.cz/student/documents/files/BUM1/Chapter16.pdf