一种能测量各向异性材料导热系数的测量系统及方法

1.本发明涉及测量设备技术领域，尤其是涉及一种能测量各向异性材料导热系数的测量系统及方法。


背景技术：

2.现今高集成电路高速发展，根据摩尔定律，每10个月电子原件的性能就会提升一倍，高集成电路已经进入了2nm时代。大规模的集成电路带来的是高运算性能，同时也带来了高发热量的问题。传统的导热材料无法满足散热要求，所以需要新兴的导热材料来进行替代。在导热材料制备的过程当中，测量导热系数成为研究的关键。
3.传统的导热系数测量大多采用热温差法，根据温度在材料中温度变化来得到，一般都是将样品利用液氮降温到指定温度，然后使用单一热源的方法对样品进行加热，通过测量样品两点之间的温度，获得温度扩散系数，即稳态法测试，稳态方法应用傅里叶热传导定律来测量热导率，稳态测量方法将三维传热转换为一维传热，简化了计算，但是，对样品的种类要求过高，往往得到的数据准确性不是很可靠，尤其对于各向异性材料，会受到样品的性质以及周边环境温差等因素的影响，无法满足测试需求。同时对于纤维状材料，现有设备无法进行测试。为了解决各种材料的导热性能测试，需要一种可靠且准确的检测方法及测量系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种能测量各向异性材料导热系数的测量系统及方法，采用本方法对样品进行直接测试，根据红外成像得到的阶梯分布温度场，结合导热系数计算公式，得到样品的导热系数，该系统不会受到测试环境，样品表面性质等因素的影响，可以得到新型材料的准确导热系数，以解决现有技术中存在的各向异性导热材料导热系数无法测量、测定不准确的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
6.第一方面，本发明提供的一种能测量各向异性材料导热系数的测量系统，包括：
7.试验平台，用于承载整套测试系统，且所述试验平台上具有样品放置区，用于测试样品的放置；
8.激光发射单元，安装在所述试验平台上，用于向测试样品发射激光，以在测试样品上形成稳定的温度场；
9.红外成像单元，安装在所述试验平台上，用于对测试样品进行红外成像；
10.恒温试验单元，由高隔热材料组成，所述激光发射单元、所述红外成像单元和所述试验平台均放置在所述恒温试验单元内，以隔绝外部环境温度；
11.计算单元，根据红外成像中温度阶梯分布情况，结合内嵌公式进行导热系数计算。
12.进一步的，所述激光发射单元包括激光发射器、功率调节器和第一高度调节装置，所述激光发射器通过所述第一高度调节装置活动设置在所述试验平台上，所述功率调节器
固定在所述试验平台上，并通过导线与所述激光发射器相连。
13.进一步的，所述红外成像单元包括红外成像相机、第二高度调节装置、笔记本电脑、rj45连接线，其中：所述红外成像相机通过所述第二高度调节装置活动设置在所述试验平台上；所述笔记本电脑通过所述rj45连接线与所述红外成像相机相连。
14.进一步的，所述第一高度调节装置和所述第二高度调节装置结构相同，均包括滑轨、滑块、丝杠螺杆、支撑台；所述滑轨安装在所述试验平台上，所述滑块滑动设置在所述滑轨上；所述滑块中部设置有螺纹通孔，所述丝杠螺杆螺接在螺纹通孔内，所述支撑台固定在所述丝杠螺杆顶部，所述激光发射器和所述红外成像相机分别固定在所述支撑台上。
15.进一步的，所述激光发射单元与样品放置区呈30度或45度夹角布置。
16.进一步的，所述红外成像单元与样品放置区之间夹角小于45度。
17.进一步的，所述红外成像单元和所述激光发射单元对称设置，二者之间夹角为60度或90度，红外成像单元、激光发射单元和样品放置区在试验平台上呈固定角度组合，形成测试系统。
18.本发明通过采用激光发射单元和红外成像单元共同构成测量系统，为各向异性材料提供了导热性能测试设备，填补了测试行业的空白领域，同时，测试数据准确、可靠；在设备上可以实现原来仅仅在模拟领域出现的热传导现象，相对于现有的测试系统，该系统的应用方面广、测试能力强、结构简单可靠。
19.第二方面，本发明提供的一种导热系数测量计算方法，利用所述能测量各向异性材料导热系数的测量系统进行，包括如下步骤：
20.步骤s1、打开恒温试验单元，将测试样品，或者是，测试样品和基材样品放置在试验平台的样品放置区内，然后关闭恒温试验单元；
21.步骤s2、根据样品大小规格以及放置位置，调节激光发射单元和红外成像单元在试验平台的位置；
22.步骤s3、控制激光发射单元向测试样品，或者是，测试样品和基材样品发射激光，以在测试样品，或者是，测试样品和基材样品上建立稳定的温度场；
23.步骤s4、控制红外成像单元对测试样品，或者是，测试样品和基材样品进行红外成像；
24.步骤s5、根据红外成像中温度梯度分布、温度变化与测试样品类型，或者是，测试样品和基材样品类型，向计算单元内输入相关参数，结合导热系数公式，直接或对比方式计算测试样品的导热系数。
25.进一步的，测试样品类型包括：单一材料样品板、复合材料样品板和复合纤维材料；相关参数包括导热路径l、热量q沿l的传递时间δt，路径l两端的温差δt，单位面积上的功率w，导热面积s，时间t。
26.进一步的，导热系数按照以下公式计算获得：
27.直接法测量：当测试样品为单一材料样品板、复合材料板或复合纤维材料时，导热系数式中：q＝wst；
28.对比法测量：wstl当测试样品为复合材料样品板时，复合材料的导热系数
q1＝ws1t1；基材的导热系数q2＝ws2t2其中：l1＝l2，s1＝s2,t1＝t2,δt1＝δt2；复合材料与基材的导热比为λ1/λ2＝δt2/δt1；
29.当测试样品为复合纤维材料时，复合纤维材料的导热系数q1＝ws1t1；基材纤维的导热系数q2＝ws2t2其中：l1＝l2，s1＝s2,δt1＝δt2,δt1＝δt2；复合纤维材料与基材纤维的导热比为λ1/λ2＝t1/t2。
30.本发明的测试方法，可以对各向异性材料进行导热测试，在样品尺寸合适时，可以同时使用稳态法和瞬态法对样品进行测试，确保测量数据的准确性；此外在对于纤维样品也可以进行导热系数的测试，这是传统的测试方法所不具备的，可以对纤维进行进行定向加热，然后通过稳态法和损态法进行对比测试，得到准确的测试数据；另外可以对原样和样品进行直接比较，做出相对的数值，该数值相对导热系数更加直观生动，可以更好的应用于科学研究。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是本发明能测量各向异性材料导热系数的测量系统的主视图；
33.图2是本发明能测量各向异性材料导热系数的测量系统的俯视图；
34.图3是本发明能测量各向异性材料导热系数的测量系统的侧视图；
35.图4是本发明能测量各向异性材料导热系数的测量系统中试验平台的主视图；
36.图5是本发明能测量各向异性材料导热系数的测量系统中试验平台的俯视图；
37.图6是本发明能测量各向异性材料导热系数的测量系统中恒温试验单元的主视图；
38.图7是本发明能测量各向异性材料导热系数的测量系统中恒温试验单元的俯视图；
39.图8是本发明能测量各向异性材料导热系数的测量系统中恒温试验单元的侧视图；
40.图9是本发明能测量各向异性材料导热系数的测量系统进行导热系数测量时实施例1的成像图；
41.图10是本发明能测量各向异性材料导热系数的测量系统进行导热系数测量时实施例2中基材的成像图；
42.图11是本发明能测量各向异性材料导热系数的测量系统进行导热系数测量时实施例2中复合材料的成像图；
43.图12是本发明能测量各向异性材料导热系数的测量系统进行导热系数测量时实施例3中初始稳定温度场建立的成像图；
44.图13是本发明能测量各向异性材料导热系数的测量系统进行导热系数测量时实施例3中复合纤维与基材纤维与热源稳定温差建立的成像图。
45.图中1、试验平台；2、激光发射单元；3、红外成像单元；4、第二高度调节装置；5、激光保护装置；6、恒温试验单元；7、观察口。
具体实施方式
46.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
47.如图1-图8所示，本发明提供了一种能测量各向异性材料导热系数的测量系统，包括：
48.如图4-图5所示，试验平台1，用于承载整套测试系统，且试验平台1上具有样品放置区，用于测试样品的放置；
49.更进一步的，样品放置区远离激光发射单元2的一侧设置有u形激光保护装置5，从而防止激光穿过样品到达系统后侧，而造成误伤或其他损害；当然，激光保护装置5采用该试验中对应的激光功率下无法穿透的材料制成。
50.在此需要说明的是，样品放置区为样品放置台，悬空设置在试验平台1上，且与激光保护装置5固定连接，也就是说样品放置区固定在激光保护装置5内部，距离试验平台1有一定高度；激光保护装置5固定在试验平台1上；
51.激光发射单元2，安装在试验平台1上，用于向测试样品发射激光，以在测试样品上形成稳定的温度场；
52.红外成像单元3，安装在试验平台1上，用于对测试样品进行红外成像；
53.如图6-图8所示，恒温试验单元6，由高隔热材料组成，激光发射单元2、红外成像单元3和试验平台1均放置在恒温试验单元6内，以隔绝外部环境温度；
54.具体的，恒温试验单元6可以为隔热泡沫箱制成，装配时，将试验平台1先放置到恒温试验单元6内底部，然后将激光保护装置5固定到试验平台1上，然后再将样品放置区固定到激光保护装置5上，之后再进行激光发射单元2和红外成像单元3的安装和与计算单元的接线工作，最后将恒温试验单元6顶部的顶盖子盖好，顶盖四周具有密封件，便于实现恒温试验单元6的密封，为了方便观察，在恒温试验单元的顶盖上开设有观察口7，方便观察。
55.计算单元，根据红外成像中温度阶梯分布情况，结合内嵌公式进行导热系数计算。
56.在此需要说明的是，在本发明中，部件之间的固定连接可以采用螺钉连接方式。
57.本发明通过采用激光发射单元和红外成像单元共同构成测量系统，为各向异性材料提供了导热性能测试设备，填补了测试行业的空白领域，同时，测试数据准确、可靠；在设备上可以实现原来仅仅在模拟领域出现的热传导现象，相对于现有的测试系统，该系统的应用方面广、测试能力强、结构简单可靠。
58.如图1-图3所示，进一步的，激光发射单元2包括激光发射器、功率调节器和第一高度调节装置，激光发射器通过第一高度调节装置活动设置在试验平台1上，功率调节器固定在试验平台1上，并通过导线与激光发射器相连。功率调节器与激光发射器联用是为了控制
激光发射功率，起到对样品进行加热的效果。
59.如图1-图3所示，进一步的，红外成像单元3包括红外成像相机、第二高度调节装置4、笔记本电脑、rj45连接线，其中：红外成像相机通过第二高度调节装置4活动设置在试验平台上；笔记本电脑通过rj45连接线与红外成像相机相连，通过红外成像相机将样品中的温度分布在笔记本电脑中成像，根据成像中的温度阶梯分布和温度变化情况通过稳态法和瞬态法联用的方法来计算导热系数。
60.进一步的，第一高度调节装置和第二高度调节装置4结构相同，均包括滑轨、滑块、丝杠螺杆、支撑台；滑轨安装在试验平台上，滑块滑动设置在滑轨上；滑块中部设置有螺纹通孔，丝杠螺杆螺接在螺纹通孔内，支撑台固定在丝杠螺杆顶部，激光发射器和红外成像相机分别固定在支撑台上。
61.进一步的，激光发射单元与样品放置区呈30度或45度夹角布置。所以第一高度调节装置安装在与样品放置区呈30度或45度的位置，当激光发射单元2安装在第一高度调节装置上时，能沿30度线或45度线前后移动，以进行对焦工作。在此需要说明的是，此处的30度角和45度角，均是指以样品放置区中心做垂线为零度线，然后与该零度线左右偏移30度或45度的夹角。
62.进一步的，红外成像单元3与样品放置区之间夹角小于45度。在此需要说明的是，红外成像单元3只要错开激光发射单元2设置即可。
63.进一步，为了防止互相影响，以及美观，方便装卸，红外成像单元3和激光发射单元2对称设置，二者之间夹角为60度或90度，红外成像单元3、激光发射单元2和样品放置区在试验平台1上呈固定角度组合，形成测试系统。
64.如图9-图13所示，第二方面，本发明提供的一种导热系数测量计算方法，利用能测量各向异性材料导热系数的测量系统进行，包括如下步骤：
65.步骤s1、打开恒温试验单元，将测试样品，或者是，测试样品和基材样品放置在试验平台的样品放置区内，然后关闭恒温试验单元；此处所指的打开恒温试验单元，是将其顶盖拆下，然后放入样品。
66.步骤s2、根据样品大小规格以及放置位置，调节激光发射单元和红外成像单元在试验平台的位置；
67.步骤s3、控制激光发射单元向测试样品，或者是，测试样品和基材样品发射激光，以在测试样品，或者是，测试样品和基材样品上建立稳定的温度场；
68.步骤s4、控制红外成像单元对测试样品，或者是，测试样品和基材样品进行红外成像；
69.步骤s5、根据红外成像中温度梯度分布、温度变化与测试样品类型，或者是，测试样品和基材样品类型，向计算单元内输入相关参数，结合导热系数公式，直接或对比方式计算测试样品的导热系数。
70.进一步的，测试样品类型包括：单一材料样品板、复合材料样品板和复合纤维材料，其中，单一材料样品板可以为铝板；复合材料样品板可以为石墨烯铝板复合材料；复合纤维材料可以为石墨烯碳纤维；相关参数包括导热路径l，单位为m、热量q沿l的传递时间δt，单位为s，路径l两端的温差δt，单位为k，单位面积上的功率w，导热面积s，单位为m2，时间t，q为热量，单位为w，导热系数λ，单位为w/(m2*k)。
71.进一步的，导热系数按照以下公式计算获得：
72.直接法测量：当测试样品为单一材料样品板、复合材料板或复合纤维材料时，导热系数式中：q＝wst；
73.对比法测量：当测试样品为复合材料样品板时，复合材料的导热系数q1＝ws1t1；基材的导热系数q2＝ws2t2其中：l1＝l2，s1＝s2,t1＝t2,δt1＝δt2；复合材料与基材的导热比为λ1/λ2＝δt2/δt1；
74.当测试样品为复合纤维材料时，复合纤维材料的导热系数q1＝ws1t1；基材纤维的导热系数q2＝ws2t2其中：l1＝l2，s1＝s2,δt1＝δt2,δt1＝δt2；复合纤维材料与基材纤维的导热比为λ1/λ2＝t1/t2。
75.本发明的测试方法，可以对各向异性材料进行导热测试，在样品尺寸合适时，可以同时使用稳态法和瞬态法对样品进行测试，确保测量数据的准确性；此外在对于纤维样品也可以进行导热系数的测试，这是传统的测试方法所不具备的，可以对纤维进行进行定向加热，然后通过稳态法和损态法进行对比测试，得到准确的测试数据；另外可以对原样和样品进行直接比较，做出相对的数值，该数值相对导热系数更加直观生动，可以更好的应用于科学研究。
76.实施例1：
77.如图9所示，直接法测量，在该实施例中，测试样品为铝板，采用本发明的测试系统进行铝板导热系数的测量，首先使用激光器照射铝板建立稳定的温度场，(稳态法)同时对铝板进行红外成像，如图2所示。
78.导热系数通过以下公式计算获得：
79.其中q＝wst，q为热量，l为导热路径，δt热量q沿l的传递时间，δt为路径l两端的温差，w为单位面积上的功率，s为导热面积，t为时间，导热系数λ，单位为w/(m2*k)，对于一个稳定的热源，材料单位截面积的导热系数为：
[0080][0081]
根据图2中可以看出稳定的温度阶梯分布，根据公式得到铝板的导热系数为121wm-1
k-1
。
[0082]
实施例2：
[0083]
如图10-图11所示，采用对比法进行测量，在本实施例中，测试样品为石墨烯铝板复合材料，用本发明的测试系统测量石墨烯铝板复合材料的导热系数；采用石墨烯铝合金与铝合金样件导热能力比较测量的方法，如图10和图11所示，即采用激光照射、红外测温的
方法，分别以激光束照射石墨烯铝合金(图11)和铝合金样件面板(图10)建立起稳定的温度梯度，通过温度梯度的比较，获得石墨烯铝合金和铝合金样件的导热比，进而获得石墨烯铝合金面板的导热率。具体的：
[0084]
首先，以激光束照射铝合金比较样件面板，如图10，图中ctr代表画面中心温度，max为最高温度，min为最低温度，avg为平均温度。温度场的温度梯度为：δt1＝35.2-23.8＝11.4；
[0085]
然后，如图11，以相同的激光束照射石墨烯铝合金面板建立起稳定的温度梯度。温度场的温度梯度为：
[0086]
δt2＝30.1-23.6＝6.5；
[0087]
复合材料与基材的导热比为λ1/λ2＝δt2/δt1；
[0088]
以此比较石墨烯铝合金面板与铝合金面板样件的热扩散能力比(导热比)为
[0089]
11.4/6.5＝1.7538；
[0090]
由此可知以石墨烯铝合金面板比铝合金面板样件的热扩散能力提高75.4％。铝合金面板样件的热导率为121wm-1
k-1
，可知石墨烯铝合金面板的热导率为212.2wm-1
k-1。
[0091]
实施例3：
[0092]
如图12和图13所示，采用对比法进行测量，在本实施例中，测试样品为石墨烯碳纤维，采用的基材样品为m40j碳纤维，测试前，将石墨烯碳纤维和m40j碳纤维的一端连接在一起，后续将对该连接点进行加热；而石墨烯碳纤维和m40j碳纤维的另一端为自由状态，测试开始：利用激光发射器对着两种纤维的连接点进行照射加热，如图12所示，在热源温度初始建立时，可以看出激光束照射石墨烯碳纤维与m40j碳纤维的截面，在时间为4s时，温度还没有向外扩散，石墨烯碳纤维与m40j碳纤维连接处的温度基本相同。之后热量向各自自由端扩散，在石墨烯碳纤维与热源建立近乎相等的稳定温差时刻为13s，如图13。此处需要说明的是，此处所指的纤维与热源建立近乎相等的稳定温差是指同一根纤维的始端和尾端温度基本相等的时刻。石墨烯碳纤维利用了13s实现，而b样件碳纤维与热源建立近乎相等的稳定温差时刻为1min 3s，如图13。
[0093]
按照不同测量扩热能力比较公式，石墨烯碳纤维与b样件碳纤维的导热能力比为
[0094]
(1
×
60+3-4)/(13-4)＝6.555；此处为省略计算过程，实际为两者导热系数公式分别计算后，计算导热比的最终计算结果。
[0095]
b碳纤维的热导率为68wm-1
k-1
，可知石墨烯碳纤维的热导率为445.7wm-1
k-1
。
[0096]
综上，本发明的导热测试方法可以对各向异性材料、纤维进行导热性测试，得到的数据准确可靠，填补了以往测试仪器的空白。
[0097]
这里首先需要说明的是，“向内”是朝向容置空间中央的方向，“向外”是远离容置空间中央的方向。
[0098]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0099]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0100]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0101]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0102]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0103]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种能测量各向异性材料导热系数的测量系统，其特征在于，包括：试验平台，用于承载整套测试系统，且所述试验平台上具有样品放置区，用于测试样品的放置；激光发射单元，安装在所述试验平台上，用于向测试样品发射激光，以在测试样品上形成稳定的温度场；红外成像单元，安装在所述试验平台上，用于对测试样品进行红外成像；恒温试验单元，由高隔热材料组成，所述激光发射单元、所述红外成像单元和所述试验平台均放置在所述恒温试验单元内，以隔绝外部环境温度；计算单元，根据红外成像中温度阶梯分布情况，结合内嵌公式进行导热系数计算。2.根据权利要求1所述的能测量各向异性材料导热系数的测量系统，其特征在于，所述激光发射单元包括激光发射器、功率调节器和第一高度调节装置，所述激光发射器通过所述第一高度调节装置活动设置在所述试验平台上，所述功率调节器固定在所述试验平台上，并通过导线与所述激光发射器相连。3.根据权利要求1所述的能测量各向异性材料导热系数的测量系统，其特征在于，所述红外成像单元包括红外成像相机、第二高度调节装置、笔记本电脑、rj45连接线，其中：所述红外成像相机通过所述第二高度调节装置活动设置在所述试验平台上；所述笔记本电脑通过所述rj45连接线与所述红外成像相机相连。4.根据权利要求4所述的能测量各向异性材料导热系数的测量系统，其特征在于，所述第一高度调节装置和所述第二高度调节装置结构相同，均包括滑轨、滑块、丝杠螺杆、支撑台；所述滑轨安装在所述试验平台上，所述滑块滑动设置在所述滑轨上；所述滑块中部设置有螺纹通孔，所述丝杠螺杆螺接在螺纹通孔内，所述支撑台固定在所述丝杠螺杆顶部，所述激光发射器和所述红外成像相机分别固定在所述支撑台上。5.根据权利要求1所述的能测量各向异性材料导热系数的测量系统，其特征在于，所述激光发射单元与样品放置区呈30度或45度夹角布置。6.根据权利要求5所述的能测量各向异性材料导热系数的测量系统，其特征在于，所述红外成像单元与样品放置区之间夹角小于45度。7.根据权利要求5或6所述的能测量各向异性材料导热系数的测量系统，其特征在于，所述红外成像单元和所述激光发射单元对称设置，二者之间夹角为60度或90度。8.一种导热系数测量计算方法，其特征在于，利用如权利要求1-7中任一所述的能测量各向异性材料导热系数的测量系统进行，包括如下步骤：步骤s1、打开恒温试验单元，将测试样品，或者是，测试样品和基材样品放置在试验平台的样品放置区内，然后关闭恒温试验单元；步骤s2、根据样品大小规格以及放置位置，调节激光发射单元和红外成像单元在试验平台的位置；步骤s3、控制激光发射单元向测试样品，或者是，测试样品和基材样品发射激光，以在测试样品，或者是，测试样品和基材样品上建立稳定的温度场；步骤s4、控制红外成像单元对测试样品，或者是，测试样品和基材样品进行红外成像；步骤s5、根据红外成像中温度梯度分布、温度变化与测试样品类型，或者是，测试样品和基材样品类型，向计算单元内输入相关参数，结合导热系数公式，直接或对比方式计算测
试样品的导热系数。9.根据权利要求8所述的导热系数测量计算方法，其特征在于，测试样品类型包括：单一材料样品板、复合材料样品板和复合纤维材料；相关参数包括导热路径l、热量q沿l的传递时间δt，路径l两端的温差δt，单位面积上的功率w，导热面积s，时间t。10.根据权利要求9所述的导热系数测量计算方法，其特征在于，导热系数按照以下公式计算获得：直接法测量：当测试样品为单一材料样品板、复合材料板或复合纤维材料时，导热系数式中：q＝wst；对比法测量：当测试样品为复合材料样品板时，复合材料的导热系数q1＝ws1t1；基材的导热系数q2＝ws2t2其中：l1＝l2，s1＝s2,t1＝t2,δt1＝δt2；复合材料与基材的导热比为λ1/λ2＝δt2/δt1；当测试样品为复合纤维材料时，复合纤维材料的导热系数q1＝ws1t1；基材纤维的导热系数q2＝ws2t2其中：l1＝l2，s1＝s2,δt1＝δt2,δt1＝δt2；复合纤维材料与基材纤维的导热比为λ1/λ2＝t1/t2。

技术总结
本发明提供了一种能测量各向异性材料导热系数的测量系统及方法，涉及测量设备技术领域，解决了各向异性导热材料导热系数无法测量、测定不准确的技术问题。该测量系统包括激光发射单元、红外成像单元、计算单元、试验平台和恒温试验单元。本发明能够根据成像中的温度阶梯分布和温度变化情况通过稳态法和瞬态法联用的方法来计算导热系数，通过采用保温隔热材料制成的恒温试验单元，将红外成像单元和激光发射单元保护起来，保证外界的温度变化不会影响样品的温度变化，保证检测的准确性；该系统可直接对材料的导热系数进行测试，不受样品尺寸、表面性质因素的影响，可以处理各种尺寸、种类的样品，对样品不会进行破坏，是一种先进的测试手段。的测试手段。的测试手段。


技术研发人员：李曙光 陈景序 李沛 陈哲 曹钊
受保护的技术使用者：内蒙古科技大学
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/10/11