Государственный первичный специальный эталон единицы теплопроводности твёрдых тел в диапазоне температур от 2 до 300 К ГЭТ 141-2020

Показана актуальность прецизионных измерений теплопроводности твёрдых материалов, применяемых при создании теплообменных и теплоизолирующих устройств при низких температурах. Рассмотрена зависимость теплопроводности твёрдых тел при низких температурах от химического состава, способов механической и термической обработки материала. Представлены устройство, принцип работы и результаты метрологических исследований Государственного первичного специального эталона единицы теплопроводности твёрдых тел в диапазоне температур от 2 до 300 К ГЭТ 141-2020. По сравнению с ГЭТ 141-84, действовавшим до 2020 года, в состав ГЭТ 141-2020 включены разработанные криостат и ячейка для измерения теплопроводности. Диапазон воспроизведения единицы теплопроводности твёрдых тел в ГЭТ 141-2020 расширен по сравнению с ГЭТ 141-84 с 0,1–10 Вт/(м·К) до 0,05–15 Вт/(м·К), а также увеличен диапазон изменений температур с 4,2–90 К до 2–300 К. Описан метод измерений теплопроводности с применением разработанного криостата. Представлены способы обеспечения надёжного теплового контакта между исследуемым образцом и теплоизмерительными пластинами нагревателя и корпуса ячейки. Исследованы метрологические характеристики ГЭТ 141-2020, рассчитан бюджет неопределённости измерений при воспроизведении единицы теплопроводности твёрдых тел. ГЭТ 141-2020 применяется для калибровки мер теплопроводности при поверке и калибровке аппаратуры, предназначенной для измерений теплопроводности.

1. Российская метрологическая энциклопедия. В 2-x т. Т. 1. Под ред. академика РАН В. В. Окрепилова. СПб.: Лики России, 2015. С. 437–439.

2. Брандт Н. Б., Кульбачинский В. А. Квазичастицы в физике конденсированного состояния. М.: Физматлит, 2016. 632 с.

3. Ivanov Y., Levin A. A., Novikov S., Pshenay-Severin D., Volkov M., Zyuzin A., Burkov A., Nakama T., Schnatmann L., Reith H., Nielsch K., Materials Today Energy, 2021, vol. 20, pp. 100666(1–9). https://doi.org/10.1016/J.MTENER.2021.100666

4. Singh R., Sadeghi S., Shabani B., Energies, 2019, vol. 12(1), 12010075(1–20). https://doi.org/10.3390/en12010075

5. Witting I. T., Ricci F., Chasapis Th. C., Hautier G., Snyder G. J. Research, 2020, vol. 2020, 4361703(1–15). https://doi.org/10.34133/2020/4361703

6. Calatroni S., Materials & Properties: Thermal & Electrical Characteristics, Proceedings of the 2017 CERN–Accelerator–School course on Vacuum for Particle Accelerators, Glumslöv, (Sweden), available at: https://arxiv.org/pdf/2006.02842. pdf (accessed: 29.08.2022).

7. Zhao D., Qian X., Gu X., Jajja S. A., Yang R., Journal of Electronic Packaging, 2016, vol. 138(4), 040802(1–19). https://doi.org/10.1115/1.4034605

8. Elkholy A., Kempers R., Case Studies in Thermal Engineering, 2022, vol. 31, 101829(1–13). https://doi.org/10.1016/j.csite.2022.10182

9. Feng B., Tu J., Zhang Yu.-H., Fan Li-Wu, Yu Zi-T., Applied Thermal Engineering, 2020, vol. 171, 114931(1–16). https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2020.114931

10. Свириденко В. И. Исследование теплофизических характеристик оргстекла на установке ТАУ-5 // Тез. докл. Российской конференции (с международным участием) по теплофизическим свойствам веществ (РКТС-15), Москва, Россия, 15–19 октября 2018 г., ОИВТ РАН, С. 136–137.