熱傳導-TC Hot Disk瞬態平面熱源法（TPS）異方向性複合材料測試應用

各向異性是測量材料導熱係數時必須考慮的因素。當材料的導熱率與方向有關時，就會發生各向異性，並在不同方向以不同的速率傳導熱量。同向性的材料將具有相同的導熱率結果，而與行進方向無關。Ex: 木材，木紋纖維為特定方向，熱量沿纖維傳導的速度比整個物體傳導速度快。

▲ 圖一、異方向性材料熱流模擬示意圖。
左側的熱量沿平面方向（平面）移動，右側的沿軸向（貫通平面）移動

根據複合材料所需應用，重要的是要考慮該材料是否是各向異性的。Hot Disk瞬態平面熱源法（TPS）技術是表徵各向異性材料的絕佳工具。由於複合物中填料的排列，它們有時會是各向異性的，因此需要進行特殊處理。透過Hot Disk測試模組中專門用於測量與方向相關的熱導率和熱擴散率的異方向性模組，可以透過輸入比熱容參數進一步來獲得兩個方向的熱導率。

▲ 圖二、複合材料的範例，內部包含填料顆粒，由於這些顆粒分散，
複合材料通常在不同方向上以不同速率傳導熱量，因此稱為各向異性材料

石墨(Graphite)本質上是各向異性的，透過Hot Disk 高熱傳片狀測試模組(Slab method)可以輕鬆的測量厚度達到45um及熱導率高達1500W/mK的graphite sheet

透過Hot Disk異方向性測試模組(Anisotropic method)量測堆疊或層壓後的塊狀石墨或石墨片，可以得到平面(In-Plane)以及垂直(Axial)方向的熱導率。

使用Hot Disk異方向性測試模組(Anisotropic method)量測不同比例合成石墨填料下的複合材料熱傳導係數，並與ASTM F433穩態熱流計法比較差異，結果如下表：

穩態熱流計法比較差異表
Wt.% of Synthetic Graphite Particles	Through-Plane K Guarded Heat Flow Meter(W/KmK)	Through-Plane K Hot Disk TPS(W/mK)	In-Plane K Hot Disk TPS(W/mK)
0	0.2169	0.22	0.22
10	0.2935	0.284	1.426
20	0.3869	0.385	2.029
30	0.5464	0.545	2.938
40	0.7064	0.702	5.881
50	1.1081	1.101	9.020
60	1.5586	1.545	16.03
70	2.6251	2.624	32.55

▲ 圖三、不同比例的合成石墨填料下，

比較ASTM F433穩態熱流計法與ISO22007-2 Hot Disk TPS法所獲得的熱導率值差異

熱流計法(Guarded Heat Flow)是量測熱流貫穿材料平面方向的熱傳導係數，對比Hot Disk TPS異方性模組所量測出的結果，可以發現同樣在Z方向的熱傳導係數有絕佳的一致性，同時Hot Disk可以同時得到XY平面(In-Plane) & Z軸(Through-Plane)兩方向的熱傳導特性。

Hot Disk瞬態平面熱源法（TPS）符合國際法規ISO22007-2.2，可以透過單次量測同時得到材料熱傳導係數、熱擴散係數、比熱容。除了具有廣泛的熱傳導量測範圍(0.005~1800 W/mK)，同時應用領域從不同型態(固體、液體、粉體、膏體、薄膜)到不同應用範圍(低絕緣材料、高導熱片材、異方向性材料、比熱測試等)都能透過Hot Disk量測。

Hot Disk也是目前業界中唯一有「薄膜測試」及「異方向性測試」標準方法的測試技術，科邁斯科技做為Hot Disk於台灣及東南亞地區的總代理商，提供所有散熱技術的諮詢與測試服務，定能為所有散熱測試需求的業界先進們找出最佳的解決方法。