高精度实验室压机是必需的，以确保样品具有均匀的内部密度和良好的表面平整度。对于玻璃棉或聚苯乙烯泡沫等低导热材料，该设备建立了稳定的物理边界条件，以防止由材料空隙或表面不规则引起测量误差。
核心要点 瞬态平面源 (TPS) 测量依赖于假设材料均匀且传感器接触良好的数学模型。高精度压机将不规则的多孔材料转化为标准化样品，消除了空气间隙和内部空隙，否则这些空隙会扭曲热导率和热扩散率数据。
表面几何形状的关键性
确保完美的传感器接触
TPS 方法使用一个平面传感器，该传感器既是热源又是电阻温度计。为了正常工作，该传感器需要与样品表面完全、均匀地接触。
实验室压机对于在天然不规则材料上创建极其平坦的测试表面至关重要。如果没有这种精确的压平，传感器和样品之间会形成微小的空气间隙。
消除接触电阻
空气是热绝缘体。如果表面不规则导致无法紧密接触，这些气穴会产生“接触电阻”。
这种电阻会干扰热量从传感器流向材料。实验室压机施加轴向压力以最大程度地减少这些不规则性，确保测量数据反映材料的特性，而不是被困空气的绝缘特性。
内部结构和密度控制
去除宏观空隙
低导热材料，如泡沫或棉，通常含有不均匀的空气袋或结构不一致。这些空隙会导致热量散射不可预测，违反了 TPS 测量所依据的物理原理。
高精度压制将材料压实成均匀的内部密度。通过机械减小这些空隙，压机创造了一个允许热量一致传播的连续体。
建立稳定的边界条件
TPS 实验依赖于特定的边界条件来求解用于计算特性的热方程（反演）。如果材料密度在样品中变化，热波将不会像预测的那样向径向传播。
压机稳定样品的物理状态。这确保了从数学反演得出的热扩散率和导热率值是准确且可重复的。
理解权衡
过度压实的风险
虽然增加密度可以提高信号稳定性，但它会从根本上改变被测材料的性质。例如，过度压缩玻璃棉可能会将绝缘体变成具有更高热导率的更密实的固体。
使用允许精确压力控制的精密压机至关重要。目标是实现表面平整度和均匀性，同时不破坏材料的固有结构或将其密度增加到目标应用参数之外。
温度和压力平衡
一些实验室压机利用热量（热压）来固结样品。虽然这有助于消除孔隙，但在制备过程中过高的热量可能会固化或熔化聚合物，从而改变它们的相态。
您必须确保压制温度在测试开始前在物理上制备样品，而不会在化学上改变其成分。
为您的目标做出正确的选择
为确保您的 TPS 数据有效，请根据您的具体测量目标调整您的压制策略：
- 如果您的主要关注点是材料表征：使用压机消除所有宏观空隙并最大化表面平整度，以满足 TPS 模型的理论假设。
- 如果您的主要关注点是应用模拟：仅施加足够的压力来模拟材料的安装状态（例如，压缩的绝缘材料），而不是将其压制到最大密度。
样品制备的精度是实现精确热分析中最可控的变量。
摘要表：
| 因素 | 对 TPS 测量的影响 | 高精度压机的作用 |
|---|---|---|
| 表面平整度 | 空气间隙产生接触电阻，绝缘传感器。 | 施加均匀的轴向压力以创建完美的平面。 |
| 内部密度 | 宏观空隙导致不可预测的热散射。 | 压实材料以消除空隙并确保结构均匀性。 |
| 边界条件 | 密度变化会破坏径向热波传播。 | 稳定物理状态以进行精确的数学反演。 |
| 压力控制 | 过度压实会从根本上改变热性能。 | 允许精确的压力设置以保持材料完整性。 |
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参考文献
- Huijuan Su, Zhen Dong. Parallel Bayesian Optimization of Thermophysical Properties of Low Thermal Conductivity Materials Using the Transient Plane Source Method in the Body-Fitted Coordinate. DOI: 10.3390/e26121117
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
