مقدمة
إن استخدام أنظمة الليزر/الوميض الضوئي (LFA) لتحديد الانتشار الحراري راسخ - وتحديداً في مجالات اختبار الخواص الفيزيائية الحرارية. كما أن تطوير مواد أو مكونات إلكترونية جديدة يصاحبه تحسين أنظمة LFA التقليدية. وقد تم تصميم LFA 467 HT HyperFlash لتلبية المتطلبات الناشئة عن الاتجاهات في كل من التطبيقات العلمية والصناعية. مجموعة متنوعة من الميزات الجديدة - مثل تطبيقات الوميض إلى ما بعد 1250 درجة مئوية، ZoomOptics ، ومعدل أخذ العينات فائق السرعة (2 ميجاهرتز)، وعرض النبض القصير (أقل من 20 ميكروثانية)، وما إلى ذلك. - تستوعب متطلبات أحدث التطبيقات مثل المواد الرقيقة والموصلة للغاية (الأغشية الرقيقة).
وعلاوة على ذلك، تجد أنظمة LFA التقليدية طريقها إلى جميع أنواع المختبرات بدءًا من البحث والتطوير إلى ضمان الجودة. ويتطلب الاستخدام الواسع النطاق لهذه التقنية خصائص إضافية لمعالجة القضايا العملية. وإلى جانب الدقة العالية والبصمة small ، غالبًا ما تكون هناك حاجة إلى إنتاجية عالية للعينات. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق استخدام مبادل العينات الأوتوماتيكي أو فرن سريع أو مزيج من الاثنين معًا.
يوفر LFA 467 HyperFlash® مثل هذا المزيج في شكل أربعة أفران فردية سريعة الاستجابة لأربعة أفران صغيرة أنبوبية فردية لإجمالي أربع عينات (الشكل 2). يتم ترتيبها في مربع على نفس المستوى وتتميز بسلوك استقرار فائق. يحتوي كل فرن أنبوبي صغير على مزدوج حراري خاص به؛ ويوفر هذا التصميم توزيعًا متجانسًا لدرجة الحرارة عبر جميع العينات، وهو أمر مفيد لتحديد الحرارة النوعية (cp). بالإضافة إلى ذلك، يتم تبريد المنطقة المحيطة بالماء ويتميز نظام الفرن بأكمله بكتلة حرارية منخفضة. إن الجمع بين هذه الميزات المحددة لا يضمن فقط إنتاجية عالية للعينات، ولكنه أيضًا شرط أساسي لأوقات القياس القصيرة.
شروط القياس والنتائج
- العينة: بيروسيرام (قطر 12.7 مم؛ سمك 2.5 مم)
- نطاق التسخين: 25 درجة مئوية ← 1000 درجة مئوية ← 30 درجة مئوية بدرجات K
- معدّل التسخين: 50 كلفن/الدقيقة (الحد الأقصى لمعدل التسخين)
- الغلاف الجوي: الأرجون
- شots: 1 طلقة لكل خطوة درجة حرارة
- معايير الثبات 0.3 كلفن/20 ثانية
- ΔT: 3 كلفن
يوضح المثال التالي مزايا LFA 467 HT HyperFlash على أنظمة LFA ذات الفرن التقليدي المبرد بالهواء.
تُظهر المقارنة في الشكل 3 بوضوح أن وقت التثبيت للفرن الأنبوبي الصغير عالي السرعة المزود بالتبريد بالماء أسرع بثلاث مرات تقريبًا. وهذا يسير جنبًا إلى جنب مع إنتاجية أعلى للعينة. في غضون ست ساعات، يستطيع الفرن LFA 467 HT HyperFlash® قياس 12 عينة (أربع عينات في نفس الوقت) عند درجات حرارة تصل إلى 1000 درجة مئوية. تُظهر أنظمة LFA التقليدية المزودة بتبريد الهواء - حتى تلك المزودة بإمكانيات larger ASC - صعوبات في تحقيق مثل هذه الإنتاجية العالية بسبب ضعف سلوك التثبيت.
ويوضح الشكل 4 زمن التثبيت السريع جدًا لنظام LFA 467 HT HyperFlash مقارنة بالنظام التقليدي. ومن خلال تطبيق معدل التسخين الأقصى البالغ 50 كلفن/دقيقة حتى خطوة درجة الحرارة الأولى عند 100 درجة مئوية، يمكن تنفيذ اللقطة الأولى في غضون 8 دقائق. على النقيض من الفرن التقليدي مع تبريد الهواء، فإن الكتلة الحرارية المنخفضة لنظام الفرن ذي 4 أنابيب صغيرة لا تُظهر أي ارتفاع في درجة الحرارة ووقت استقرار قصير للغاية. توضح المقارنة بين نتائج الانتشار الحراري التي تم الحصول عليها من خلال القياسات على Pyroceram بمعدلات تسخين مختلفة قابلية التكرار العالية التي يمكن تحقيقها - حتى عند استخدام معدل التسخين الأقصى البالغ 50 كلفن/الدقيقة (الشكل 5).
يسمح وقت التثبيت المنخفض لنظام الفرن رباعي الأنابيب الصغيرة عالي السرعة والقدرة الناتجة عن تطبيق LFA shots دون انقطاع بأوقات اختبار سريعة للغاية. الشكل 6 ررots نتائج الانتشار الحراري مقابل الزمن. عند معدل تسخين قدره 50 كلفن/دقيقة، اكتمل القياس بعد 60 دقيقة فقط - في حين زاد وقت الاختبار إلى 170 دقيقة عند معدل تسخين قدره 10 كلفن/دقيقة.
الخاتمة
تتميز الأفران ذات الأنابيب المصغرة من LFA 467 HT HyperFlash بوقت استقرار ممتاز، مما يسمح بإجراء القياسات بوتيرة متسارعة. وهذا يجعل من الأفران ذات 4 أنابيب صغيرة إلى نظام عالي السرعة يمكن تشغيله بأعلى معدلات التسخين دون التعرض لفقدان في التكاثر والدقة. حتى أن سرعة الاختبار العالية تسمح بإنتاجية أسرع من تلك التي تتيحها الأنظمة المزودة بمبدلات العينات الأوتوماتيكية لأكثر من 4 عينات.