熱成像儀測MOSFET溫度

根據提供的搜索結果，熱測量方法主要分為非接觸式和接觸式兩大類，針對不同材料特性和測量場景各有優勢。以下是核心方法的總結及關鍵技術要點：

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🔥 一、非接觸式熱測量方法

1. 紅外熱成像技術

   • 原理：通過捕捉物體表面的紅外輻射強度，轉換為溫度分布圖像。
   • 適用場景：大范圍表面溫度快速掃描（如PCB板整體熱分布）。
   • 局限性：
     • 金屬表面誤差大：金屬反射率高（發射率ε≈0.1~0.3），直接測量會顯著低估真實溫度（誤差可達30℃以上）。
     • 空間分辨率不足：紅外波長（3_{5μm）限制最小解析尺寸，對GaN器件亞微米級熱點（如0.25μm柵極）無法精確測溫，會低估峰值溫度20}30℃。
   • 改進措施：
     • 表面涂層處理：噴涂啞光黑漆（ε>0.94）或粘貼高發射率膠帶（如電工膠帶ε≈0.95），將反射率影響降至10%以內。
     • 鎖相紅外熱成像（LIT）：通過動態調制熱源并鎖相檢測，提升信噪比和靈敏度（溫差分辨率<1mK），可定位μW級功率損耗缺陷。

2. 微區拉曼熱成像

   • 原理：基于聲子頻率隨溫度偏移的特性，通過激光散射光譜實現亞微米級分辨率測溫（深度分辨率達μm級）。
   • 優勢：
     • 非侵入、高精度（納秒級時間分辨率），適合GaN/SiC等寬禁帶半導體的溝道溫度測量。
     • 可穿透封裝層測量內部熱點，避免紅外技術的表面局限。
   • 應用：與有限元分析（FEA）結合構建熱模型，驗證器件可靠性（如Qorvo公司的GaN熱設計方法）。

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🔌 二、接觸式熱測量方法

1. 熱電偶法

   • 原理：利用塞貝克效應，通過熱電偶結點溫度差產生電壓信號換算溫度。
   • 操作要點：
     • 熱電偶需緊密貼合被測點（如MOSFET管殼），使用高溫膠固定，避免影響散熱。
     • 配合數據采集卡和多通道萬用表（如SDM3065X），可實時記錄溫度曲線（圖1）。
   • 優勢：直接接觸測量、精度高（±0.5℃）、成本低，適合穩態溫升測試（如電源模塊滿載實驗）。

2. 電學法（溫敏參數法）

   • 原理：利用半導體器件的電學參數（如MOSFET的Vgs、Vds）隨溫度變化的特性間接測溫。
   • 關鍵參數：
     • Vgs溫敏系數：線性度高，適合GaN器件（閾值電壓低至1.5V）。
     • 熱阻測試：結合加熱功率和溫升計算熱阻，需校準測試電流與延遲時間。
   • 應用：功率器件結溫在線監測，無需額外傳感器。

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📊 三、熱測量方法對比與選型

方法	精度	空間分辨率	適用場景	主要局限
紅外熱成像	±2~5℃（涂層后）	3~5 μm	大面積快速掃描、故障定位	金屬表面需涂層；低估亞微米熱點
微區拉曼	±1℃	<0.5 μm	GaN/SiC溝道溫度、3D熱成像	設備昂貴，需專業操作
熱電偶	±0.5℃	點測量（mm級）	穩態溫升測試、安規驗證	影響局部散熱；動態響應慢
電學法	±2℃	芯片級	結溫在線監測、熱阻分析	需校準溫敏參數；受電路噪聲干擾

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熱成像儀測MOSFET溫度注意事項

要正確使用紅外攝像儀，首先需要理解其精度影響因素，除了儀器本身的因素外，主要表現在以下幾個方面：
1、物體表面輻射率
2、測試角度
3、距離系數
4、大氣吸收
大多數非金屬材料（如塑料、油漆、皮革、紙張等）發射率可設置為 0.95，相同材質、不同顏色的目標其發射率非常接近，誤差通常不超過測量精度范圍；部分表面光亮的非金屬材料發射率較低（如瓷磚、玻璃等）。當不知道測試表面的發射率時，通常采用如下方法來處理，保證測試結果的準確性

絕緣膠帶法

將一塊絕緣膠帶（已知發射率）貼于被測物體表面，通過調整紅外熱像儀發射率，使被測材料表面的溫度與貼有絕緣膠帶表面溫度相同或接近，此時的發射率即為被測材料物體正確的發射率。
操作方法
貼絕緣膠布（建議使用 3M 電氣絕緣膠帶，牌號 1712，黑色），發射率：0.93
適用場合
此種方法適用于被測目標相對比較大，溫度較低（小于 80℃），要求測試后不改變原目標表面狀況的場合，例如各種散熱模塊，光潔芯片（較大）表面，金屬表面等

噴漆法

將漆（已知發射率）均勻的噴涂在被測物體表面，然后通過調整紅外熱像儀發射率，直到沒有噴漆的表面溫度與噴漆表面溫度相同或接近，此時的發射率即為目標物體正確的發射率。
操作方法
噴涂的丙烯酸樹脂（建議使用保賜利自動噴漆，黑色），發射率： 0.97。
適用場合
此種方法可以適用于溫度較高目標，也可以適用目標尺寸較小的，但可以接受 被測物體表面狀況被改變的場合，例如設備維護場合下的管道、閥門等靜設備 ；制造業中，較小的芯片表面、管腳、不規則的散熱片、電容器頂端、LED 芯片（表面鍍銀）。
注意事項
應盡量使噴漆面均勻，而且薄（但要覆蓋住被測目標表面），同時要給客戶說明，噴涂后的目標可能無法擦拭干凈；建議使用者噴涂 3 分鐘后，再進行測試。建議使用黑體漆 : 已知發射率為 0.96

涂抹法

用水性白板筆（已知發射率）均勻的涂抹在被測物體表面，然后通過調整紅外熱像儀發射率，直到沒有涂抹的表面溫度與涂抹表面溫度相同或接近，此時的發射率即為目標物體正確的發射率。

操作方法
涂抹水性白板筆（建議使用晨光水性白板筆，牌號 MG - 2160 ，黑色），發射率：0.95。
適用場合

此方法可以適用于不允許改變物體表面狀態（涂抹后可擦去），同時 形狀不適合進行膠帶粘貼的目標，涂抹法可針對較小的目標進行，但目標表面溫度不宜超過 100℃。

根據MOS管殼材質設置合適的發射率

MOSFET外殼常用的黑色環氧樹脂封裝材料，其發射率（Emissivity, ε）通常在 0.90–0.95 范圍內。對于金屬封裝：氧化鋁0.3，氧化銅0.6。

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📊 黑色環氧樹脂發射率特性

特性	數值范圍	說明
標準發射率	0.90–0.95	啞光黑色表面（無金屬填料），適用于大多數功率器件封裝（如TO-220、TO-247）
含填料影響	0.85–0.92	若添加玻纖（如FR-4基板）或礦物填料，發射率略微降低
表面狀態影響	±0.05波動	拋光表面發射率↓，磨砂/粗糙表面發射率↑

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🔍 實測數據支持

1. 行業標準測試（依據 ASTM E1933）：

   • 純黑色環氧樹脂（無填料）：
     • 25℃時 ε = 0.93 ± 0.02
     • 100℃時 ε = 0.94 ± 0.01（溫度升高發射率略增）
   • 環氧樹脂+玻纖復合（典型PCB基材）：
     • ε = 0.89–0.91（玻纖反射部分紅外輻射）

2. 紅外熱像儀廠商校準數據（FLIR研究）：

   • 常見功率器件黑色外殼：ε ≈ 0.92–0.94（推薦設定值）

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?? 熱成像測溫操作建議

1. 發射率設定：

   • 默認值：取 0.93（覆蓋90%場景）
   • 精準校準：
     • 在器件表面粘貼高發射率膠帶（ε=0.95）→ 測得參比溫度T?
     • 移除膠帶測裸殼溫度T? → 反推實際發射率：
       $${?}_{\text{實際}}=\frac{T_2^4?T_{\text{環境}}^4}{T_1^4?T_{\text{環境}}^4}\times 0.95$$

2. 誤差控制：

   誤差源	影響	解決方案
   表面反光	低估溫度 5–15℃	用啞光黑漆噴涂（ε>0.94）或傾斜拍攝角度＞30°
   環境熱源反射	高估溫度 3–10℃	用鋁箔遮擋背景熱源
   發射率設置偏差±0.05	溫差±(3–7)℃	優先采用膠帶校準法

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💎 工程應用結論

• 推薦值：熱成像儀發射率參數設為 0.93（保守取0.90–0.95中位數）。
• 高精度場景：必須通過膠帶校準法實測ε，尤其對GaN/SiC等高溫器件（結溫＞150℃時誤差放大）。
• 文獻依據：

  “黑色環氧封裝的紅外發射率約為0.92，但填料比例和表面粗糙度會導致±0.03波動” —— IEEE Transactions on Components Packaging and Manufacturing Technology, Vol. 8(9), 2018

根據外殼的材質來確定發射率，熱成像儀的發射率調整：

參考文獻：

不同材料折射率：https://www.bilibili.com/opus/601749472501292531

https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1750507487&ver=6066&signature=4A5*1-hoVDCoQy5zyFxRBWDbcAb4Ptd7vDu95Oup9gNnARQY3Q01noMY2EYAdoYz84qTnxl8Bm1JS2WvMboOQUVdaB4Xa2Vll078ScGYGEQuiUqBPrtOpMneSu-CUbFw&new=1

附錄：

1.常見物體發射率：原鏈接：http://doc.feelelec.cn/docs/fr01c/fsl

紅外線測溫儀測溫時各種材料發射率表

發射率(emissivity / emittance)指物體的輻射能力與相同溫度下黑體的輻射能力之比稱為該物體的發射率或黑度，也稱為輻射率。

對于絕大多數紅外測溫儀來說，需要設置的就是被測材料的額定發射率，該值通常預設為0.95，這對于測量有機材料或涂有油漆的表面就足夠了。

材料與狀態 溫度范圍（℃） 發射率（1微米附近） 發射率 （8～14微米）
鋼：
鋼：拋光未氧化 100~1200 0.05～0.1 0.05
鋼：拋光輕微氧化 100~1200 0.45 0.35
鋼：粗加工未氧化 100~1200 0.25～0.35 0.2～0.25
鋼：粗加工輕微氧化 100~1200 0.5～0.6 0.5
鋼：嚴重氧化 100~1200 0.8～0.95 0.7～0.95
鋼：液態 100~1200 0.35～0.45 0.3～0.4
鑄鐵：
鑄鐵：拋光未氧化 100~1200 0.3 0.2
鑄鐵：拋光輕微氧化 100~1200 0.5 0.5
鑄鐵：粗加工未氧化 100~1200 0.5 0.5
鑄鐵：粗加工輕微氧化 100~1200 0.75 0.5
鑄鐵：嚴重氧化 100~1200 0.8～0.95 0.8～0.95
鑄鐵：液態 100~1200 0.35～0.4 0.2～0.35
鋁：
鋁：拋光未氧化 室溫~600 0.02～0.1 0.02～0.1
鋁：拋光輕微氧化 室溫~600 0.2 0.2
鋁：粗加工未氧化 室溫~600 0.2～0.3 0.15～0.25
鋁：粗加工輕微氧化 室溫~600 0.3～0.4 0.2～0.4
鋁：嚴重氧化 室溫~600 0.4～0.45 0.3～0.4
鋁：液態 室溫~600 0.55～0.6 0.5～0.6
不銹鋼：
不銹鋼：光滑表面 室溫～800 0.2～0.25 0.1～0.25
不銹鋼：經800℃以上氧化 室溫～800 0.85 0.85
錫及鍍錫鋼板：
錫及鍍錫鋼板：未氧化 室溫～200 0.2～0.3 0.05～0.1
錫及鍍錫鋼板：輕微氧化 室溫～200 0.35～0.45 0.25～0.3
錫及鍍錫鋼板：嚴重氧化 室溫～200 0.6 0.6
鉻及其鍍層：
鉻及其鍍層：未氧化拋光鍍層 室溫~400 0.2～0.3 0.07～0.15
鉻及其鍍層：輕微氧化鍍層 室溫~400 0.4～0.6 0.2～0.3
鉻及其鍍層：嚴重氧化鍍層 室溫~400 0.7～0.8 0.3～0.4
鉻及其鍍層：鉻粗加工未氧化 室溫~400 0.4～0.55 0.15～0.25
鉻及其鍍層：鉻粗加工輕微氧化 室溫~400 0.6～0.7 0.45～0.5
鉻及其鍍層：鉻粗加工嚴重氧化 室溫~400 0.7～0.8 0.7～0.8
銅：
銅：拋光未氧化 室溫～260 0.06 0.04～0.05
銅：光潔輕微氧化 100~1000 0.5 0.4
銅：嚴重氧化 100~1000 0.8 0.8
銅：液態 100~1000 0.15～0.2 0.15～0.2
銥 100~1000 0.25～0.3
釔 100~1000 0.3～0.35
鈾 100~1000 0.5～0.55
金及金鍍層:
金及金鍍層:拋光未氧化 100～500 0.1～0.2 0.05～0.1
金及金鍍層:輕微氧化 100～500 0.4～0.5 0.2～0.3
金及金鍍層:嚴重氧化 100～500 0.6～0.8 0.3～0.4
金及金鍍層:液態 100～500 0.22 0.22
鈷：
鈷：拋光未氧化 100~1000 0.25 0.05
鈷：拋光輕微氧化 100~1000 0.5 0.1～0.15
鈷：拋光嚴重氧化 100~1000 0.7 0.25～0.3
鈷：粗加工未氧化 100~1000 0.35 0.1～0.15
鈷：粗加工輕微氧化 100~1000 0.55～0.6 0.2～0.25
鈷：粗加工嚴重氧化 100~1000 0.7～0.75 0.25～0.3
鈷：黑色鈉氧化鈷 500 0.9～0.95 0.95
鎳及其鍍層：
鎳及其鍍層：拋光未氧化 100~1000 0.25 0.05
鎳及其鍍層：拋光輕微氧化 100~1000 0.4 0.1～0.2
鎳及其鍍層：拋光嚴重氧化 100~1000 0.8～0.9 0.4～0.55
鎳及其鍍層：粗加工未氧化 500~1000 0.35 0.2～0.3
鎳及其鍍層：粗加工輕微氧化 500~1000 0.5 0.5
鎳及其鍍層：粗加工嚴重氧化 500~1000 0.8～0.9 0.85
鎳及其鍍層：黑色的氧化鎳 500~1000 0.8～0.9 0.8～0.9
汞（液態） 0.2～0.25
鋯：
固態 0.32
液態 0.32
鉍 0.34
鉛：
鉛：拋光未氧化 50～300 0.3 0.05
鉛：拋光微氧化 50～300 0.4 0.2
鉛：拋光嚴重氧化 50～300 0.6～0.7 0.6～0.65
鉛：粗加工未氧化 0.4 0.3～0.4
鉛：粗加工輕微氧化 0.55 0.45
鉛：粗加工嚴重氧化 0.6～0.7 0.6～0.65
銀及其鍍層：
銀及其鍍層：拋光未氧化 100～900 0.02 0.01
銀及其鍍層：拋光輕微氧化 100～900 0.04 0.02
銀及其鍍層：粗加工未氧化 100～900 0.1～0.25 0.05～0.1
銀及其鍍層：粗加工輕微氧化 100～900 0.15～0.35 0.06～0.15
鈀 0.33
銻 0.5～0.65
鎢 1500 0.3～0.39 0.03
帶狀拋光未氧化 2000 0.3～0.37 0.04
（鎢帶燈） 3000 0.3～0.36 0.04～0.05
鉬：
鉬：拋光未氧化 50～1000 0.3 0.05～0.1
鉬：拋光微氧化 50～1000 0.4 0.25
鉬：拋光嚴重氧化 50～1000 0.7～0.8 0.7～0.8
鉬：粗加工未氧化 50～1000 0.4 0.1～0.15
鉬：粗加工輕微氧化 50～1000 0.5～0.6 0.35
鉬：粗加工嚴重氧化 50～1000 0.8 0.8
鉑：
鉑：拋光未氧化 50～1000 0.25 0.05
鉑：拋光微氧化 50～1000 0.3 0.1～0.15
鉑：拋光嚴重氧化 50～1000 0.4 0.3
鉑：粗加工未氧化 50～1000 0.3 0.1
鉑：粗加工輕微氧化 50～1000 0.4 0.2～0.3
鉑：粗加工嚴重氧化 50～1000 0.4～0.5 0.4
鉑黑 0.95 0.95
鈦：
鈦：拋光未氧化 20～500 0.4 0.1
鈦：拋光微氧化 20～500 0.5 0.2
鈦：拋光嚴重氧化 20～500 0.8 0.6
鈦：粗加工未氧化 20～500 0.5 0.3
鈦：粗加工輕微氧化粗加工嚴重氧化 20～500 0.65 0.4
0.8 0.6
氮化鈦 20～500 0.3～0.4 0.3～0.4
鉭：
鉭：拋光未氧化 100~1000 0.2 0.04
鉭：拋光微氧化 100~1000 0.45 0.3～0.4
鉭：拋光嚴重氧化 100~1000 0.75～0.85 0.7～0.8
鉭：粗加工未氧化 100~1000 0.3 0.1～0.15
鉭：粗加工輕微氧化 100~1000 0.6 0.5
鉭：粗加工嚴重氧化 100~1000 0.75～0.85 0.7～0.8
鋅：
鋅：拋光未氧化 20～400 0.2 0.02～0.05
鋅：拋光微氧化 20～400 0.3 0.1
鋅：拋光嚴重氧化 20～400 0.6 0.3
鋅：粗加工未氧化 20～400 0.3 0.06～0.08
鋅：粗加工輕微氧化 20～400 0.5 0.15
鋅：粗加工嚴重氧化 20～400 0.6 0.3
鋯： 20～400
鋯：光滑未氧化 20～400 0.25～0.3 0.22
鋯：光滑氧化 20～400 0.4～0.5 0.4
鎂：拋光未氧化 20～400 0.1～0.2 0.07～0.13
銠：
銠：固態 30～260 0.29
銠：液態 30～260 0.3
錳：
錳：固態 0.59
錳：液態 0.59
鈹：
鈹：光潔未氧化 0.05～0.1 0.03～0.05
鈹：光潔氧化 0.3～0.4 0.3～0.35
黃銅：
黃銅：拋光未氧化 20～400 0.2 0.03
黃銅：拋光微氧化 20～400 0.4 0.2
黃銅：拋光嚴重氧化 20～400 0.7 0.6
黃銅：粗加工未氧化 20～400 0.4 0.2
黃銅：粗加工輕微氧化 20～400 0.6 0.4
黃銅：粗加工嚴重氧化 20～400 0.8 0.7
康銅和錳銅：
康銅和錳銅：拋光未氧化 0～400 0.25 0.05
康銅和錳銅：拋光微氧化 0～400 0.45 0.2
康銅和錳銅：拋光嚴重氧化 0～400 0.65 0.35
康銅和錳銅：粗加工未氧化 0～400 0.3 0.1
康銅和錳銅：粗加工輕微氧化 0～400 0.55 0.3
康銅和錳銅：粗加工嚴重氧化 0～400 0.7 0.5
石棉 0～400 0.8～0.9 0.9～0.95
瀝青 0～200 0.85～0.9 0.8～0.85
鎳鉻、鎳鋁熱電合金：
鎳鉻、鎳鋁熱電合金：拋光未氧化 0～400 0.3 0.3
鎳鉻、鎳鋁熱電合金：拋光微氧化 0～400 0.5 0.5
鎳鉻、鎳鋁熱電合金：拋光嚴重氧化 0～400 0.75～0.85 0.75～0.85
鎳鉻、鎳鋁熱電合金：粗加工未氧化 0～400 0.4 0.4
鎳鉻、鎳鋁熱電合金：粗加工輕微氧化 0～400 0.6 0.6
鎳鉻、鎳鋁熱電合金：粗加工嚴重氧化 0～400 0.8～0.85 0.8～0.85
鉻鎳鐵合金（Inconel）：
鉻鎳鐵合金：拋光未氧化 0～400 0.3 0.1
鉻鎳鐵合金：拋光微氧化 0～400 0.5 0.4
鉻鎳鐵合金：拋光嚴重氧化 0～400 0.8～0.9 0.8～0.9
鉻鎳鐵合金：粗加工未氧化 0～400 0.45 0.25
鉻鎳鐵合金：粗加工輕微氧化 0～400 0.7 0.6
鉻鎳鐵合金：粗加工嚴重氧化 0～400 0.8～0.9 0.8～0.9
鎳鉻鐵合金： 0～400 0.3 0.2
鎳鉻耐熱合金:
鎳鉻耐熱合金:拋光未氧化 0～1000 0.4 0.35～0.4
鎳鉻耐熱合金:拋光微氧化 0～1000 0.8～0.9 0.8～0.9
鎳鉻耐熱合金:拋光嚴重氧化 0～1000
鎳鉻耐熱合金:粗加工未氧化 0～1000 0.35～0.4 0.3
鎳鉻耐熱合金:粗加工輕微氧化 0～1000 0.6 0.5
鎳鉻耐熱合金:粗加工嚴重氧化 0～1000 0.8～0.9 0.8～0.9
蒙乃爾：
（鎳、銅、鐵、錳合金）
蒙乃爾：拋光未氧化 0～600 0.25 0.1
蒙乃爾：拋光微氧化 0～600 0.45 0.4
蒙乃爾：拋光嚴重氧化 0～600 0.7 0.7
蒙乃爾：粗加工未氧化 0～600 0.3 0.25
蒙乃爾：粗加工輕微氧化 0～600 0.6 0.55
蒙乃爾：粗加工嚴重氧化 0～600 0.8 0.8
碳 0～1500 0.8～0.85 0.85～0.9
碳黑 0～1500 0.95 0.95
石墨 0～1500 0.8 0.75～0.85
水泥及混凝土 0～100 0.6～0.7 0.95
紙及硬紙板 0～100 0.8～0.95
油漆和臘克 0～100 0.9～0.95
洋干漆、鋁粉漆： 0～100 0.3～0.65
（隨鋁粉含量增加而變小）
橡膠
橡膠硬、黑色 0～100 0.9～0.95
橡膠軟、灰色 0.8～0.85
搪瓷 0～200 0.9
木材 0～100 0.8～0.9
陶瓷 0～100 0.3～0.5 0.85～0.95
陶瓷鍍層（金屬上） 0～600 0.3～0.5 0.6～0.9
水（深50mm以上） 0～100 0.95
霜 -10 0.98
雪 -10 0.85
冰 -10 0.98
顏料 0～100 0.9～0.95
涂墻泥 0～100 0.9
沙 0～100 0.9
人的皮膚 32 0.98
土壤
土壤:干燥的 20 0.92
土壤:含水的 20 0.95
油膜
油膜:0.001吋厚 0.27
油膜:0.002吋厚 20 0.46
油膜:0.005吋厚 0.72
美砂 100 0.7～0.8
1000 0.4～0.5
織物 0～100 0.75～0.9
石膏 0～100 0.8～0.95
磚
普通紅磚 20 0.8 0.93
耐火紅磚 20 0.8 0.95
白色耐火磚 100 0.3 0.9
1000 0.3 0.7
二氧化硅磚 1000 0.5～0.6 0.75~0.85
氧化鋁
粒度1～2微米 200 0.65
1000 0.2～0.4 []0.25
粒度10～100微米 1000 0.3～0.5
1500 0.2～0.4
聚乙烯膜（0.03mm） 0.2～0.3
玻璃
可見～2.6微米透明 0～800 0.94
≥3微米不透明
石英玻璃
紫外～4.5微米透明 0.9～0.93
≥5微米不透明
塑料
紅外反射率0.2～0.4（許多材料在紅外有吸收帶、有透明區、發射率宜慎用） 0～100 0.7～0.9
石灰石 0～100 0.4～0.6 0.95～0.98
氧化鋯 0.4～0.45
氧化鎳 0.85～0.9
氧化鐵 0.6～0.95
氧化鋁 0.25～0.3
氧化鈷 0.7～0.8
氧化鈾 0.3
氧化鎂 0.15～0.45
氧化銅 0.6～0.8
氧化釷 0.5～0.6
氧化錫 0.3～0.55
氧化鈹 0.3～0.4
氧化鈉 0.5～0.6
氧化鈮 0.5～0.75
氧化鈰 0.6～0.8
氧化鈦 0.5
氧化鈀 0.7
碳化硅 0.73