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17.Oct.2007

熱傳導-TC 奈米水溶液之熱傳導係數評估與分析

文章-橫幅
奈米水溶液之熱傳導係數評估與分析
Thermal Conductivity Analysis on Nano-solution
 
TC000014-1

Keyword
Nano-material, Nano-solution, 柰米水溶液
 
Introduction
一般散熱溶液最主要的用途係作為冷煤之用,故散熱溶液目前仍具有相當大的發展空間。
由於水屬於低熱導係數物質(0.61W/mk),無固定形狀,且可流動,是作為流動散熱材料的重要素材之一。目前常見的是利用水溶液添加各種金屬及金屬氧化物(Au, Ag, Cu, Zn, Ti等)的方式來改變其熱導係數,有時熱導係數僅需做微幅的改變,故需利用大面積的感測器以保持穩定量測差異。但利用傳統方式量測溶液型材料熱導係數不方便,且量測數據不穩定,因為溶液型材料具流動性,非常容易產生熱對流,若採用Hot Wire線性感測器的量測方式,會產生數據波動太大的現象。針對此一特性,Hot Disk系統採用的圓片狀感測器,具有厚度小、接觸面積大的特性,改善線性感測器觸面積太小的問題,大幅提昇量測的穩定度,非常適合用於溶液型樣品的量測。
 
Sample Description
樣品包括奈米水溶液A, B兩項。
 
Test Instrument
Hot Disk Bridge system
 
Test Principle & Methodology
Hot Disk的測量原理係基於瞬變平面熱源法(Transient Plane Source Method,簡稱TPS)。在此方法中,探針為一平面的探頭,係由導電金屬鎳經刻蝕處理後形成的連續雙螺旋結構薄片,外層為雙層Kapton保護層,而外層Kapton保護層主要目能在於使探頭具有一定的機械強度,同時保持探頭與樣品之間的電絕緣性。
探頭通常被置於兩片樣品中間進行測試,Hot Disk提供了不同尺寸與構造的探頭供客戶選擇,以適用於各種不同性質樣品的測試。在測試過程中,電流通過鎳時,產生一定的溫度上升,產生的熱量同時向探頭兩側的樣品進行擴散,熱擴散的速度依賴於材料的熱傳導特性。通過記錄溫度與探頭的反應時間,即可計算出材料的熱傳導係數(Thermal Conductivity)、熱擴散係數(Thermal Diffusivity)與熱容(Heat Capacity)等特性。
由於Hot Disk探針既是熱源又是溫度感測器,故此方法顯得非常快捷和便利,同時也具有一定水準的精確度。最重要的是此方法一次量測即可於數秒中同時量得材料的熱傳導係數、熱擴散係數及熱容的資料。
 
Test Condition: 0.1W, 10 sec.
 
Test Results
Table 1為柰米水溶液A, B的量測結果,包括熱傳導係數、熱擴散係數及熱容等三種數據。

 

Table 1

 

 
Item
Thermal Conductivity
[W/mK]
Thermal Diffusivity
[mm2/s]
Cp Specific Heat [MJ/m3K]
A
0.9815
0.5363
1.830
B
0.4048
0.3098
1.307
 
Discussion
奈米技術的發展對材料領域造成重大的影響,其中在摻合技術中,奈米粉末的應用可直接改變材料的整體特性。摻合技術一般可分為固體高分子摻合與液體水溶液摻合兩大類,而液體中的奈米粉末摻合又可分為金屬粉末摻合(如:Pt, Ag, Au等)、金屬氧化物粉末摻合(如:Al2O3, TiO2等)或其他高分子粉末摻合。其中在液體水溶液的散熱應用範圍包括冷媒、冷卻液等。
奈米粉末在適當加工下,可改變材料的各種特性,同時加工懸浮的方式、鍍膜種類及技術都會影響材料特性,對於主要應用的重點—熱傳特性,可直接利用熱導係數儀的液體量測弁銃i行量測,即可測得熱導係數、熱擴散等資料。(TechMax Technical Co., Ltd., Nov. 2003)
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