《表1 背胶石墨膜结构和材料参数》

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《基于热成像的背胶石墨膜面向热导率测试方法》

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薄膜或薄片状各向异性材料的面向热导率测试近年得到研究者较多关注[5-8]，其测试方法可分为非稳态和稳态两大体系[9]。非稳态法中主要包括闪光法[10-14]、瞬态平面热源法[15-20]以及基于热波传播相位差的方法[21-26]。非稳态法测试结果一般是热扩散率，需要结合密度和比热容才能计算得到材料热导率，导致测试成本增加，并且平均密度和比热容的测试一般也有较大不确定度。非稳态法用于背胶石墨膜还存在等效场景与应用场景不一致的问题。热导率是描述单一均质材料的参数，应用于背胶石墨膜等复合材料时是特定场景下的等效，即将真实石墨膜等效为一种具有相同几何参数的假想单一均质材料，使得在设定场景中二者的传热表现一致。但石墨膜的应用场景多为准稳态传热，与非稳态测试中的瞬态传热场景差异较大。为定量评估该差异对测试的影响，考察图1（a）中采用三层结构近似的背胶石墨膜及其等效模型，假设背胶石墨膜各层材料参数如表1所示，忽略层间接触热阻，则根据串并联模型可计算得到稳态场景下的等效参数如表2所示。对表1和表2描述的两个模型进行模拟闪光法In-Plane模式测试[图1（a）]，下挡片孔径5mm，上挡片环状开口内径10.2 mm，外径12.6 mm。宽度为1 ms的矩形脉冲激励通过下挡片开孔加热样品，记录样品上表面在环状开口区域的平均温度。三层石墨膜模型和等效均质模型仿真得到的观测信号归一化后如图1（b）所示，二者的1/2温升时间分别约为7.82 ms和6.75 ms，相对偏差约15%。这意味着如果根据1/2温升时间来计算面向热导率，会有较大偏差。如果将表1中各层材料的厚度提高，则两种模型的测试结果差异会更大；如果厚度减小则差异减小。因此对于特性未知的石墨膜产品，采用闪光法存在引入较大系统误差的风险。