石墨烯粉體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定(編制說(shuō)明)

1、廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)石墨烯粉體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定編制說(shuō)明石墨烯粉體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)編制小組二 O 二 O 年三月廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn) 石墨烯粉體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定編制說(shuō)明一、標(biāo)準(zhǔn)制定的目的和意義在 2015 年 11 月 20 日我國(guó)國(guó)家發(fā)改委、工業(yè)和信息化部、科技部等三委印 發(fā)科技部等三委印發(fā) 關(guān)于加快石墨烯關(guān)于加快石墨烯產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的若干意見 （工信部聯(lián)原 2015435 號(hào)），提出了將石墨烯打造為先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，在 2020 年形成 完善的石墨烯產(chǎn)業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)石墨烯標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和低成本等要求。石墨烯材料是繼碳納米材管之后的又一大導(dǎo)熱性能優(yōu)異的材料， 其導(dǎo)熱性能 甚至超過(guò)碳納米管

2、，在電子產(chǎn)品、UPS、電動(dòng)車和新能源汽車、電容器的儲(chǔ)能應(yīng) 用等領(lǐng)域有著諸多應(yīng)用且應(yīng)用前景廣闊。 而導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定是鑒別石墨烯導(dǎo)熱材 料的首要核心指標(biāo)。 因無(wú)法有效解決其快速散熱及表征導(dǎo)熱問(wèn)題， 發(fā)生熱失衡而 導(dǎo)致爆炸等安全事故頻發(fā)，在芯片、 OLED 、柔性電子屏等電子通信零部件及終 端制造領(lǐng)域， 導(dǎo)致其性能提升嚴(yán)重受限； 那么如何、 準(zhǔn)確地檢測(cè)導(dǎo)熱性能是促進(jìn) 新材料、新技術(shù)研發(fā)的關(guān)鍵導(dǎo)熱是 5G、智能制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。而石墨烯這 類高導(dǎo)熱材料檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)的缺失阻礙新材料研發(fā)和產(chǎn)品質(zhì)量控制。 目前國(guó)內(nèi)外 尚未有統(tǒng)一的檢測(cè)石墨烯粉體的標(biāo)準(zhǔn)。 因此石墨烯粉體導(dǎo)熱系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定， 對(duì) 石墨烯及其應(yīng)

3、用行業(yè)的健康、 快速和規(guī)范發(fā)展具非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。 對(duì)測(cè)試及 表征石墨烯粉體和運(yùn)用石墨烯粉體來(lái)制備石墨烯散熱材料與導(dǎo)熱材料具有指導(dǎo) 意義，推進(jìn)石墨烯粉體標(biāo)準(zhǔn)化工作，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。目的：石墨烯粉體材料以其高熱導(dǎo)率、單原子層厚、高強(qiáng)度、高韌性等特性 作為導(dǎo)熱材料應(yīng)用前景廣闊。 近來(lái)被提倡用于熱管理強(qiáng)化、 散熱膜的制備、 復(fù)合 材料的添加劑來(lái)提高其熱性能。 石墨烯粉體的導(dǎo)熱系數(shù)反映其的傳熱能力， 是表 征其熱學(xué)性能最關(guān)鍵最基礎(chǔ)的性能指標(biāo)， 只要將材料應(yīng)用于傳熱與散熱， 其導(dǎo)熱系數(shù)就是必測(cè)指標(biāo)。 本標(biāo)準(zhǔn)采用保護(hù)熱流計(jì)法導(dǎo)法和激光閃射法來(lái)測(cè)量石墨烯粉 體的導(dǎo)熱系數(shù)， 為石墨粉體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)試提供了一套

4、科學(xué)可靠的方法。 旨在能 提供石墨烯粉體導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)。 與石墨烯散熱材料的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展相配合， 為石墨烯散熱與傳熱材料的質(zhì)量檢驗(yàn)以及技術(shù)交流提供的科學(xué)、 統(tǒng)一、廣泛的技 術(shù)交流方法， 對(duì)于提升廣東省石墨烯產(chǎn)業(yè)具有重要作用， 將會(huì)帶來(lái)巨大的社會(huì)效 益和經(jīng)濟(jì)效益。二、標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)來(lái)源及參與單位2020年 1 月，廣州特種承壓設(shè)備檢測(cè)研究院向廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會(huì)提 出了制定廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn) 石墨烯粉體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定 的項(xiàng) 目申請(qǐng)， 同時(shí)開始該標(biāo)準(zhǔn)的研究制定工作， 在組織上擬定了相關(guān)的措施， 在技術(shù) 方面進(jìn)行了前期的準(zhǔn)備。2020年 3 月，廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會(huì)下達(dá)了該項(xiàng)目的制定

5、計(jì)劃任務(wù)，詳 見廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn) 散熱膜導(dǎo)熱散熱性能的測(cè)定 等立項(xiàng)公 告（粵特協(xié) 202011 號(hào)）。本標(biāo)準(zhǔn)由廣州特種承壓設(shè)備檢測(cè)研究院、沃特世科技（上海）有限公司、廣 州新天地科技有限公司、 廣東鋒尚智能光電股份有限公司等單位聯(lián)合提出和起草， 由廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會(huì)歸口。三、標(biāo)準(zhǔn)的編制過(guò)程2018年 6 月廣州特種承壓設(shè)備檢測(cè)研究院成立石墨烯粉體導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定 研究小組對(duì)石墨烯粉體導(dǎo)熱系數(shù)檢驗(yàn)方法進(jìn)行開發(fā)， 開展了相關(guān)預(yù)研工作。 經(jīng)過(guò) 廣泛收集整理有關(guān)的國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)信息和文獻(xiàn)資料， 召開多次討論會(huì)， 深入進(jìn)行探 討，初步形成了標(biāo)準(zhǔn)的大綱， 廣州特種承壓設(shè)備檢測(cè)研究院成立標(biāo)準(zhǔn)編制

6、起草小 組，并召開第一次工作會(huì)議， 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)邏輯結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析并確定標(biāo)準(zhǔn)框架； 對(duì)本 標(biāo)準(zhǔn)及所需涵蓋涉及的要素及其內(nèi)容相關(guān)方面展開討論， 對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的可能性 進(jìn)行分析，確定了工作進(jìn)度時(shí)間表，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)起草的任務(wù)進(jìn)行分工。 2020 年 3 月，廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會(huì)下達(dá)了該項(xiàng)目的立項(xiàng)公告， 詳見廣東省特種設(shè)備 行業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn) 散熱膜導(dǎo)熱散熱性能的測(cè)定 等立項(xiàng)公告(粵特協(xié) 202011 號(hào))(1) 2018年3月2018年6月，起草小組進(jìn)行了技術(shù)論證和技術(shù)規(guī)范內(nèi)容 探討，確定了制定計(jì)劃、制定原則、標(biāo)準(zhǔn)框架、標(biāo)準(zhǔn)基本內(nèi)容等，初步完成了表 征草案第一稿。(2) 2018年 6月 201 9年3月，起

7、草小組對(duì)全省石墨烯上游企業(yè)石墨烯性 能測(cè)定情況進(jìn)行了全面的調(diào)研， 走訪了石墨烯生產(chǎn)單位、 大專院校以及儀器廠家 實(shí)驗(yàn)室，收集了物理性能測(cè)定有關(guān)技術(shù)資料， 加學(xué)術(shù)會(huì)議 (第一屆熱物性學(xué)術(shù)會(huì) 議、 2 0 1 9軍民兩用熱管理新材料及應(yīng)用技術(shù)論壇等) ，同時(shí)采用激光導(dǎo)熱儀、保 護(hù)熱流計(jì)法導(dǎo)熱儀進(jìn)行石墨烯粉體樣品導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試、 比對(duì)試驗(yàn)(國(guó)家節(jié)能傳熱 及隔熱產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所、 清華大學(xué)深圳研 究生院等單位比對(duì)試驗(yàn)) 等方式確定了標(biāo)準(zhǔn)研究路線。 隨后， 起草小組安排人員 到進(jìn)行了調(diào)研，掌握了石墨烯粉體導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定方法基本程序和需要注意的問(wèn)題， 確立了標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容的基本原

8、則和內(nèi)容，完成了標(biāo)準(zhǔn)的草案第二稿。(3) 2019年 4月2019年 11 月，起草小組成員對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)踐，研究各 個(gè)要素要求是否能達(dá)到、滿足，形成標(biāo)準(zhǔn)草案第三稿。(3) 2019年 12月2020年 1 月，起草小組專門組織召開了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)初稿 研討會(huì)，結(jié)合征求意見情況對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修改完善。（4）2020年 3 月，廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會(huì)下達(dá)了石墨烯粉體導(dǎo)熱系數(shù) 的測(cè)定項(xiàng)目的制定計(jì)劃任務(wù)，詳見廣東省特種設(shè)備行業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn) 散熱 膜導(dǎo)熱散熱性能的測(cè)定 等立項(xiàng)公告（粵特協(xié) 202011 號(hào)）。起草小組完成征求 意見稿并提交征求意見稿和編制說(shuō)明等材料，申請(qǐng)廣泛征求意見。四、標(biāo)準(zhǔn)的編制原則本標(biāo)準(zhǔn)的編

9、制遵循以下原則：1）保持標(biāo)準(zhǔn)的先進(jìn)性結(jié)合我國(guó)國(guó)情積極采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)， 在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上， 認(rèn)真分析國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)水平， 在預(yù)期可達(dá)到的條件下， 積極地把先 進(jìn)技術(shù)納入標(biāo)準(zhǔn)，提高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)水平。在制定本標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，參考了 NB/SH/T 0632-2014 比熱容的測(cè)定 差示掃描量熱法（該標(biāo)準(zhǔn)修改采用 ASTM E 269-2011示掃描量熱儀測(cè)定比熱容試驗(yàn)方法（英文）、 GB/T 22588-2008 閃光法測(cè)定熱擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)方法（該標(biāo)準(zhǔn)等同采用 ASTM E 1461-2001 閃 光法測(cè)量熱擴(kuò)散系數(shù)或?qū)嵯禂?shù)（英文）有關(guān)內(nèi)容，同時(shí)充分參考了 ISO （國(guó) 際標(biāo)準(zhǔn)）、A

10、SME （美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)）等的材料導(dǎo)熱系數(shù)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的技 術(shù)性、科學(xué)性和先進(jìn)性。2）保證標(biāo)準(zhǔn)的適用性 充分考慮我國(guó)石墨烯行業(yè)的現(xiàn)狀和現(xiàn)有的分析條件、技術(shù)水平、 可能達(dá)到的程度進(jìn)行制訂，以便使標(biāo)準(zhǔn)更具有可操作性。 結(jié)合廣東石 墨烯粉體導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定方法的現(xiàn)狀和現(xiàn)實(shí)情況， 石墨烯粉體材料導(dǎo)熱系數(shù)檢測(cè)方 法基本滿足市面上的石墨烯粉體材料的檢測(cè)以及研發(fā)需求。本標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法參考 GB/T 22588-2008 閃光法測(cè)量熱擴(kuò)散系數(shù)或?qū)嵯禂?shù)(等同采用ASTM E146-2001閃光法測(cè)定熱擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)方法(英文)以及 ASTM E1530-2011保護(hù)熱流計(jì)方法材料熱傳遞阻力測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法(英文

11、)。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均是比較成熟的標(biāo)準(zhǔn)，具有較好的適用性與可操作性。 10年實(shí) 踐證明，該標(biāo)準(zhǔn)為導(dǎo)熱性能的檢測(cè)發(fā)揮了重要的作用。 鑒于此， 在新制訂的標(biāo)準(zhǔn) 中予以采納保留部分可用于石墨烯粉體檢測(cè)的內(nèi)容。 此外，標(biāo)準(zhǔn)直接面向石墨烯 生產(chǎn)單位以及使用單位在檢驗(yàn)， 對(duì)量化、 檢驗(yàn)、監(jiān)測(cè)等各環(huán)節(jié)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和流程 依照理論和實(shí)踐來(lái)進(jìn)行限定，用于指導(dǎo)實(shí)踐，保證實(shí)用性和可操作性。3) 注重標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)效益 編寫標(biāo)準(zhǔn)草案時(shí)從實(shí)際需要出發(fā)，不追求高指標(biāo)，避免造成標(biāo)準(zhǔn)要求太高， 成本太高，可操作性不強(qiáng)。五、標(biāo)準(zhǔn)的整體結(jié)構(gòu)本標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容主要 6 個(gè)部分：范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語(yǔ)與定義、保護(hù)熱流 計(jì)法、激光閃射法、試驗(yàn)

12、報(bào)告。六、標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容及條款解析( 1 )范圍對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)的的適用范圍作了描述，明確其適用于導(dǎo)熱系數(shù)范圍為0.1W/(m K)2000W/(m K)的石墨烯粉體以及含有石墨烯的粉體材料(參照?qǐng)?zhí)行) 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的了保護(hù)熱流計(jì)法和激光閃射法的測(cè)定石墨烯粉體導(dǎo)熱系數(shù)的適用 范圍：保護(hù)熱流計(jì)法適用于導(dǎo)熱系數(shù)范圍為 0.1W/(m K)40W/(mK)的石墨烯粉 體，激光閃射法適用于導(dǎo)熱系數(shù)范圍為 0.1W/(m K)2000W/(mK)的石墨烯粉體。( 2)規(guī)范性引用文件本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范性地引用了以下文件：GB/T 22588-2008閃光法測(cè)量熱擴(kuò)散系數(shù)或?qū)嵯禂?shù)、NB/SH/T 0632-2014比熱容

13、的測(cè)定 差示掃描量熱法。其 中本標(biāo)準(zhǔn)引用GB/T 22588-2008是對(duì)激光閃射法測(cè)量石墨烯粉體導(dǎo)熱方系數(shù)方法 中的熱擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定所使用的儀器相關(guān)規(guī)定進(jìn)行采納。（3）術(shù)語(yǔ)與定義對(duì)適用于本標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行了定義，包括比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)及熱擴(kuò)散系 數(shù)。（4）保護(hù)熱流計(jì)法1）保護(hù)熱流計(jì)法原理lx- U1注：1為熱流方向，2為保護(hù)爐，3為加熱單元或溫度傳感器， 4為測(cè)試樣品，5為熱流計(jì), 6為散熱單元，7為熱流，8為試樣上表面溫度，9為試樣熱阻與接觸熱阻之和， 10為試樣下表面溫 度（參比熱流計(jì)上表面溫度）， 11為參比熱流計(jì)熱阻，12為參比熱流計(jì)下表面溫度。圖1保護(hù)熱流計(jì)法基本原理示意圖本標(biāo)準(zhǔn)給

14、出了保護(hù)熱流計(jì)法測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)的基本原理的示意 （如圖1所示），且給出了相關(guān)的方法原理提要：保護(hù)熱流計(jì)法測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)的基本原理示意圖如圖1所示，被測(cè)試的試樣保持在具有可重復(fù)的壓縮載荷的兩個(gè)表面之間，且試樣 周圍有一個(gè)防護(hù)裝置， 能夠保持兩個(gè)板的平均溫度一致， 以減少試樣的橫向熱流 的損耗和增益， 每個(gè)表面分別控制在不同的溫度下， 當(dāng)熱量從上表面通過(guò)試樣傳 遞到下表面，就會(huì)形成一個(gè)軸向溫度梯度。 在穩(wěn)定狀態(tài)下， 通過(guò)嵌入在試樣表面 的溫度傳感器，以及高頻傅里葉變換的電輸出，測(cè)量試樣接觸表面之間的溫差。 該輸出 (電壓)與通過(guò)試樣的熱流、高頻傅里葉變換以及試樣與儀器之間的界面成 正比。這種比例情況可

15、以通過(guò)在相同條件下用已知熱阻的試樣對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)先校 準(zhǔn)得到， 從而使表面的接觸熱阻具有可再現(xiàn)性， 從而得到接觸熱阻。 在已知厚度 的情況下，通過(guò)測(cè)量整個(gè)試樣的溫度差以及熱通量， 以及接觸熱阻， 最終得出試 樣的導(dǎo)熱系數(shù)。 ”由傅里葉熱流方程，有：RSRint(TU Tm)/( Q/ A) (.1)RR (Tm - TL)/( Q/ A) (.2)將式( 1)與式( 2)聯(lián)立，得到：RS RR( TS/ Tr)- Rint (.3)d / RS (.4. )式中：Rs試樣熱阻，m2K/W ;Rint接觸熱阻，m2 K/W; Rr參比熱流計(jì)熱阻，m2 K/W ;Tu 試樣上表面溫度，C；Tm 試樣

16、下表面溫度(參比熱流計(jì)上表面溫度)，C；Tl 參比熱流計(jì)下表面溫度，C；A 是熱流通過(guò)的橫截面，m2;Q 通過(guò)橫截面A的熱流量，W; TATS=Tu-Tm試樣上表面與下表面的溫差，C； T AT=Tm-TL參比熱流計(jì)上表面與下表面的溫差，C；X導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mK)。以式（3）為基礎(chǔ)，選用不同的標(biāo)樣，在同一溫度下做測(cè)試，得到Rs與（AT Art） 的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行線性擬合，得到 Rr和Rint，再將Rr和Rint的值代入式（3）得到 待測(cè)試樣的Rs，最后將Rs代入式（4）得到導(dǎo)熱系數(shù) 入2）保護(hù)熱流計(jì)法試驗(yàn)儀器與設(shè)備 對(duì)測(cè)定中需要的儀器的關(guān)鍵性指標(biāo)作了要求， 包括保護(hù)熱流計(jì)法導(dǎo)熱儀的組成部分結(jié)構(gòu)

17、原理和精度靈敏度、 游標(biāo)卡尺的精確度、 烘箱的溫度范圍、 壓片機(jī)的 模具和壓力范圍、分析天平的感量。3）保護(hù)熱流計(jì)法試驗(yàn)環(huán)境本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了試驗(yàn)環(huán)境的溫濕度。溫度 23T址C,相對(duì)濕度50%±5%。4）保護(hù)熱流計(jì)法試樣本標(biāo)準(zhǔn)分別給出了保護(hù)熱流計(jì)法測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)的試樣要求。 包含了試樣的預(yù) 處理?xiàng)l件、制備粉末壓片的條件、試樣的規(guī)格尺寸以及表面平整度等。預(yù)處理?xiàng)l件：“ 4.4.試樣預(yù)處理，試樣在105C±5C下烘干至恒重，備用?！?經(jīng)TGA如圖1所示分析，石墨烯粉體材料的分解溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 110C，將試樣在 105C芳C下烘干能夠是使試樣快速脫去水分，提高試樣導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定的準(zhǔn)確性。2

18、000里重100.24 °C97.89%-uori nated graphe ne -1200-01.001-fluori nated graphe ne -1200-01.002graphe ne 1-1200-01.001graphene 2-1300-01.001-graphe ne 3-1300-01.001i i Ii t I I rI I " i i j2004006008001000溫度(° C)1200'_00Uni versal V4.5A TA In strume nts圖2石墨烯樣品TGA樣品圖譜試樣制備要求如下：“4.4試樣制備，將

19、4.00g20.00g烘干后的試樣在5MPa的壓力下，壓制成厚度為1mm25mm、直徑為50.8mn±0.28mm、表面平整無(wú)缺 陷的片塊狀試樣?！闭f(shuō)明：一般的保護(hù)熱流計(jì)法導(dǎo)熱儀對(duì)試樣尺寸要求：試樣直 徑為，厚度不大于25mm；石墨烯粉體壓片若太薄不易成型，可 操作性差，且石墨烯導(dǎo)熱系數(shù)較大，若壓制厚度小于 1mm,其熱阻也會(huì)較小，易 超出市面上主流熱流計(jì)法導(dǎo)熱儀的傳感器測(cè)定范圍，故壓制的厚度應(yīng)不小于1mm；試樣表面應(yīng)盡可能平整無(wú)缺陷，是為了盡可能減小試樣與儀器傳感器表面之間的 接觸熱阻，以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。5）保護(hù)熱流計(jì)法試驗(yàn)步驟這一部分為保護(hù)熱流計(jì)法測(cè)粉體導(dǎo)熱系數(shù)的主要部分，從試

20、樣厚度測(cè)定、試樣安裝以及儀器控制要求，均進(jìn)行了的闡述。4.5. 用游標(biāo)卡尺測(cè)量粉末壓片試樣厚度，厚度測(cè)量5次，記錄其算術(shù)平均值，精確至U 0.01 mm。”說(shuō)明：試樣為厚度1mm25mm，直徑50.8mn±0.28mm 的圓柱，使用精度為0.01mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量其厚度精度足夠。 “ 4.5.在試樣上、下表面分別均勻的涂膜上薄薄的一層導(dǎo)熱硅脂，并將試 樣安裝于儀器的下板正中央，設(shè)置上板施加于試樣的最小載荷不得低于 0.07MPa （10psi）”說(shuō)明：在試樣的上表面、下表面涂抹一層薄的導(dǎo)熱硅脂和在試樣上施 加0.07MPa以上的壓力，均是為了增強(qiáng)試樣與儀器的上板（加熱單元）、下板（傳

21、感器）之間的熱傳導(dǎo)以及減小除接觸熱阻的測(cè)試結(jié)果的影響。 “ 4.5.將防護(hù)爐置于試樣周圍，按儀器使用說(shuō)明設(shè)置試驗(yàn)參數(shù)，輸入試樣 厚度，設(shè)置測(cè)量溫度，選擇標(biāo)準(zhǔn)曲線文件?！闭f(shuō)明：在測(cè)試過(guò)程中防護(hù)爐的溫度 與設(shè)置的測(cè)試溫度是一致了，防護(hù)爐可以很好減少測(cè)試過(guò)程中熱量于試樣橫向方 向傳遞，盡可能保證熱量沿著試樣軸向傳遞， 提高測(cè)量準(zhǔn)確性；測(cè)試樣品的熱阻 需在選擇標(biāo)的準(zhǔn)曲線范圍內(nèi)，可以更好地降低試樣表面的接觸熱阻。圖3為本標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的校正文件（標(biāo)準(zhǔn)曲線）圖。C Q1551SRatio (dTs)/(dTr)圖3校正文件（標(biāo)準(zhǔn)曲線）4.5. 開始測(cè)試，測(cè)試結(jié)束后，記錄導(dǎo)熱系數(shù)，結(jié)果保留至小數(shù)點(diǎn)后兩位”說(shuō)明

22、：常規(guī)的保護(hù)熱流計(jì)法導(dǎo)熱儀分辨率為0.001 W/(m K)，且石墨烯粉體材料導(dǎo)熱系數(shù)一般來(lái)說(shuō)都比較大，為了提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性以及普適性， 本標(biāo)準(zhǔn)中 對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的結(jié)果要求保留至小數(shù)點(diǎn)兩位。5) 保護(hù)熱流計(jì)法試驗(yàn)結(jié)果本部分對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定的平行試驗(yàn)次數(shù)及結(jié)果表示進(jìn)行了規(guī)定。結(jié)果取兩次測(cè)量的算術(shù)平均值，保留至小數(shù)點(diǎn)后兩位。6) 保護(hù)熱流計(jì)法測(cè)量結(jié)果精密度本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定保護(hù)熱流計(jì)法測(cè)定石墨烯粉體導(dǎo)熱系結(jié)果的重復(fù)性和再現(xiàn)性， 在 95%的置信度下，試驗(yàn)結(jié)果之間的絕對(duì)差值不超過(guò)其平均值的 5%。數(shù)據(jù)來(lái)源如 下：表1保護(hù)熱流計(jì)法試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性表試樣編號(hào)試樣厚度/mm試樣直徑/mm導(dǎo)熱系數(shù)人W/(m - K)

23、重復(fù)性第一次測(cè)量第二次測(cè)量第三次測(cè)量110.2750.224.204.204.121.19%210.7050.102.582.532.591.25%310.7550.123.603.583.550.65%410.7050.185.685.805.771.08%510.550.055.785.785.780.02%610.4550.213.613.543.601.07%710.4550.084.124.113.991.75%810.4050.014.114.124.201.13%3.00%重復(fù)性分析圖2.50%2.00%1.50%1.00%0.50%0.00%12345678試樣編號(hào)圖4保護(hù)熱流

24、計(jì)法重復(fù)性分析圖結(jié)合表1保護(hù)熱流計(jì)法試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性表、圖4保護(hù)熱流計(jì)法重復(fù)性分析圖、 圖6和表5表 8及考慮實(shí)際應(yīng)用儀器條件不同，采用本方法測(cè)定石墨烯粉體材料導(dǎo) 熱系數(shù)的重復(fù)性及再現(xiàn)性優(yōu)于5%。（5）激光閃射法1）激光閃射法原理對(duì)激光閃射法測(cè)定石墨烯粉體導(dǎo)熱系數(shù)的原理進(jìn)行了說(shuō)明。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的激 光閃射法測(cè)定石墨烯粉體導(dǎo)熱系數(shù)的是根據(jù)石墨烯材料的熱擴(kuò)散系數(shù)、 體積密度 及比熱容三者計(jì)算材料的導(dǎo)熱系數(shù)九本標(biāo)準(zhǔn)亦給出了擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定原理概要。 絕熱狀態(tài)和一定溫度下，由激光 源在瞬間發(fā)射一束脈沖，均勻照射在試樣的下表面，使其表層吸收能量后溫度瞬 時(shí)升高。此表面作為熱端將能量以一維熱傳導(dǎo)方式向冷端（上表

25、面）傳播。用紅 外檢測(cè)器連續(xù)測(cè)量試樣上表面中心部位的相應(yīng)升溫過(guò)程，得到溫度T隨時(shí)間t的變化關(guān)系以及試樣上表面溫度升高到最大值 Tm的一半時(shí)所需要的時(shí)間t1/2 （半升溫 時(shí)間），根據(jù)Fourier傳熱方程計(jì)算得到材料的熱擴(kuò)散系數(shù)，見式（1）。0.13879 L 2 / t 1/ 2 （.1）式中：a熱擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；L 試樣的厚度， m；t1/2 半升溫時(shí)間， s。2）激光閃射法試驗(yàn)儀器與設(shè)備 對(duì)測(cè)定中需要的儀器的關(guān)鍵性指標(biāo)作了要求， 包括激光閃光熱擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定 儀的組成部分以及結(jié)構(gòu)原理、 差示掃描量熱儀的靈敏度、 真密度測(cè)試儀的樣品池 和精確度、烘箱的溫度范圍、壓片機(jī)的模具和壓力范圍、分

26、析天平的感量。（6）激光閃射法試驗(yàn)環(huán)境本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了試驗(yàn)環(huán)境的溫濕度。溫度 23C址C,相對(duì)濕度50%±5%。3）激光閃射法試樣本標(biāo)準(zhǔn)激光閃射法測(cè)定導(dǎo)熱系數(shù)的試樣要求。 包含了試樣的預(yù)處理?xiàng)l件、 制 備粉末壓片的條件、試樣的規(guī)格尺寸以及表面平整度等。預(yù)處理?xiàng)l件：“ 54試樣預(yù)處理，試樣在105C±5C下烘干至恒重，備用。”經(jīng)TGA（見圖1）分析石墨烯粉體材料的分解溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于110C，將試樣在105C芳C下烘干能夠是使試樣快速脫去水分，提高試樣導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定的準(zhǔn)確性。試樣制備要求如下： 將0.20 g0.50 g烘干后的試樣在5MPa的壓力下，保壓5min，壓制成厚度為1mm6

27、m m、直徑為12.6mm±0.1m m圓片狀試樣，壓制而成的 試樣表面應(yīng)平整，不允許有任何表面缺陷（砂眼、劃痕、條紋）。 ”說(shuō)明：激光 熱擴(kuò)散系數(shù)測(cè)定儀對(duì)試樣尺寸要求：試樣直徑為 12.6mm±0.1m m,厚度不大于 6mm的圓片狀，激光閃射法測(cè)量熱擴(kuò)散系數(shù)對(duì)樣品的平整度要求較高， 試樣表面 應(yīng)平整，不允許有任何表面缺陷（砂眼、劃痕、條紋）。4）激光閃射法試驗(yàn)步驟 這一部分為保護(hù)熱流計(jì)法測(cè)粉體導(dǎo)熱系數(shù)的主要部分， 從試樣厚度測(cè)定、 試樣安裝以及儀器控制要求，均進(jìn)行了的闡述。 “5.5.試樣密度p的測(cè)量。按照儀器說(shuō)明書用真密度測(cè)試儀測(cè)量并記錄試 樣密度p參照GB/T 10

28、799-2008執(zhí)行?！闭f(shuō)明：壓片法制得的試樣尺寸測(cè)量誤 差大，若通過(guò)質(zhì)量體積法計(jì)算密度，結(jié)果誤差大，故本標(biāo)準(zhǔn)采用真密度測(cè)試儀來(lái) 測(cè)量試樣的密度，以減小試驗(yàn)誤差。 “5.52匕熱容Cp的測(cè)量。按照儀器說(shuō)明書使用差示掃描量熱儀測(cè)定并記錄試樣比熱容Cp,樣品在氮?dú)鈿夥?、下進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試溫度范圍需滿足所需溫度點(diǎn) 的比熱容計(jì)算需要。參照 GB/T 13464-2008執(zhí)行?！闭f(shuō)明：一般的閃光法導(dǎo)熱儀 通過(guò)比較法測(cè)量比熱。假設(shè)參比樣和待測(cè)樣處于同樣的熱環(huán)境，具有相似的熱慣 性，具有同樣的脈沖能量和吸收率，測(cè)量已知密度和比熱的參比樣品，已知密度的待測(cè)樣品的溫度升高，比較得出待測(cè)樣品的比熱；然而閃光法對(duì)試樣

29、表面要 求嚴(yán)格不允許有任何表面缺陷（砂眼、劃痕、條紋），且對(duì)試樣測(cè)量環(huán)境要求高。 導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果誤差較大，因此本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測(cè)量試樣的比熱容采用更加準(zhǔn)確的差示 量熱掃描儀，且對(duì)其測(cè)量方法做了規(guī)定。 “5.5.熱擴(kuò)散系數(shù)a的測(cè)量。用游標(biāo)卡尺測(cè)量試樣的厚度，將試樣架固定在激光導(dǎo)熱儀的試樣架上，并保持一個(gè)平面與框架平面平行， 輸入試樣厚度，設(shè) 置測(cè)量溫度，測(cè)定并記錄熱擴(kuò)散系數(shù)a ”說(shuō)明：石墨烯粉體結(jié)果壓片法制得的片狀試驗(yàn)厚度為1mm6mm，采用最小刻度為0.01 mm足夠滿足測(cè)量需求；放置 試驗(yàn)時(shí)需確保試樣的一個(gè)平面與框架平面平行，減小測(cè)量誤差。激光法導(dǎo)熱儀應(yīng)進(jìn)行定期核查，測(cè)量試樣前應(yīng)對(duì)儀器的性能進(jìn)行確認(rèn)

30、， 可通過(guò)測(cè)量工業(yè)純鎳等標(biāo) 樣進(jìn)行性能確認(rèn)，工業(yè)純鎳的熱擴(kuò)散系數(shù)參考如表 2所示。表2工業(yè)純鎳的熱擴(kuò)散系數(shù)溫度（C）熱擴(kuò)散系數(shù)（X10-4 m2/s）-500.28800.245500.2161000.1961500.1802000.164按本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試方法，在室溫下對(duì)石墨粉體進(jìn)行了密度、比熱容及面內(nèi) 熱擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)，部分測(cè)量結(jié)果如表2所示。在面內(nèi)熱擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)過(guò)程中石墨烯粉體壓片試樣背面典型溫升曲線和擬合曲線擬合程度高，測(cè)量準(zhǔn)確可靠，且試驗(yàn)涵蓋石墨烯粉體種類多，方法適用性廣。表2激光閃射法試驗(yàn)結(jié)果匯總表熱擴(kuò)散系樣品編號(hào)試樣厚度/mm試樣直徑/mm數(shù)a(cm2/s)密度p(g/cm3)比熱

31、容c，J/(g K)導(dǎo)熱系數(shù)人W/(m -K)A11.4512.70.03101.8960.92075.41A21.7612.70.01491.7561.007252.64A31.1012.70.01961.6051.03543.26A41.6812.70.01131.5211.75873.02A51.9412.70.0761.3171.25312.55A62.9812.70.16081.9930.471715.12A71.6412.70.19021.8730.332511.85A81.6512.70.16082.0810.27239.115) 激光閃射法試驗(yàn)結(jié)果結(jié)果計(jì)算根據(jù)石墨烯材料的熱擴(kuò)散

32、系數(shù)、體積密度及比熱容按下式計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù):(6)式中：入一一導(dǎo)熱系數(shù)，W/(mK);c比熱容，J/(kg K)；P 積密度，kg/m3。5.6.2 每種試樣至少進(jìn)行兩次平行測(cè)定，結(jié)果取其算是平均值，保留至小 數(shù)點(diǎn)后兩位。按本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試方法，在室溫下對(duì)厚度為0.0025cm的金屬銅薄膜樣進(jìn)行 了5次脈沖實(shí)驗(yàn)，得到的面內(nèi)熱擴(kuò)散系數(shù)數(shù)據(jù)如表6;由表3可知，5次測(cè)量結(jié)果相 對(duì)誤差均小于1%,該方法測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性較高。表3室溫下銅薄膜熱擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果匯總熱擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果(cm2/ s)銅室溫下熱擴(kuò)散系數(shù)文獻(xiàn)(cm2/ s)相對(duì)誤差%1.16780.291.16840.341.17001.1644

33、0.481.16820.331.17400.82(6)精密度1)重復(fù)性由同一操作者在同一實(shí)驗(yàn)室、同一試驗(yàn)設(shè)備及短時(shí)間隔內(nèi)對(duì)試樣進(jìn)行試驗(yàn), 在95%的置信度下，試驗(yàn)結(jié)果之間的絕對(duì)差值不超過(guò)其平均值的10%?！北?激光閃射法試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性表導(dǎo)熱系數(shù)入W/(mK)試樣編號(hào) 重復(fù)性第一次測(cè)量第二次測(cè)量第三次測(cè)量A15.416.135.866.27%A22.642.342.839.48%A33.263.153.424.15%A43.023.112.962.48%A512.5512.3412.882.16%A615.1215.9214.893.54%A711.8511.2912.354.48%A89.11

34、9.239.291.00%激光閃光法導(dǎo)熱系數(shù)重復(fù)性分析圖10.00%性復(fù)重1.00004009008-00005003002001.000.00A1A2A3A4A5A6A7A8試樣編號(hào)圖5激光閃射法測(cè)定粉體導(dǎo)熱系數(shù)重復(fù)性分析圖本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定激光法測(cè)定散熱膜面內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)結(jié)果的重復(fù)性應(yīng)優(yōu)于8%。重復(fù)性計(jì)算數(shù)據(jù)來(lái)源如圖5和表4。由圖5可知，綜合試樣分別進(jìn)行三次平行性測(cè)量， 得出試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性在1.00%9.48%，故而規(guī)定本測(cè)試方法的精密度應(yīng)優(yōu)于 10%。2)再現(xiàn)性由不同的操作者在不同實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對(duì)同一試樣進(jìn)行試驗(yàn)，在95%的置信度下，試驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不超過(guò)10%?！北?比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果(中國(guó)科學(xué)院上海

35、硅酸鹽研究所)利試項(xiàng)目樣品編號(hào)試樣厚度/mm試樣直徑/mm熱擴(kuò)散 系數(shù)a(cm 2/s)密度p，(g/cm3)比熱容c，J/(g K)導(dǎo)熱系數(shù)入 W/(m -K)備注GR00180301011.4512.70.039001.89680.7215.33激光閃射法GR00180718011.3712.70.179832.06920.66824.86激光閃射法GR001806230110.57一一一一4.24保護(hù)熱流計(jì)法GR001806230210.38一一一一3.20保護(hù)熱流計(jì)法表6比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果(國(guó)家節(jié)能傳熱及隔熱產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(廣東)'測(cè)試項(xiàng)目 樣品編號(hào)試樣厚度/mm試樣直徑/mm熱擴(kuò)散 系數(shù)a,(cm2/s)密度P,(g/cm3)比熱容C,J/(g K)導(dǎo)熱系數(shù)入W/(m -K)備注GR00180301011.3912.70.03791.960.7065.24激光閃射法GR00180718011.4112.70.16582.0770.70824.38激光閃射法GR001806230110.57一一一一4.35保護(hù)熱流計(jì)法GR001806230210.38一一一一3.30保護(hù)熱流計(jì)法表7比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果(清華大