مقدمة
ما هي أفضل طريقة لتوصيف المواد عالية التوصيل حراريًا في درجات الحرارة المبردة والمعتدلة، أو السيراميك والحراريات في درجات الحرارة المرتفعة؟ إحدى الحلول الدقيقة والموثوقة والأنيقة هي طريقة الوميض. وقد ثبت أنها طريقة موثوق بها للقياس المباشر وغير المتصل في العديد من مجالات التطبيق بما في ذلك البوليمرات والسيراميك والمعادن والحراريات. وفي الوقت نفسه، أصبح الطلب على الإنتاجية العالية للعينات والتحسين المتزامن للدقة أكثر أهمية.
ومن خلال جهاز LFA 467 HyperFlash® LFA 467 (الشكل 1)، تقدم NETZSCH تقنية فعالة ومتطورة لتحديد الخصائص الفيزيائية الحرارية عبر نطاق تطبيق واسع.
من أجل زيادة تحسين دقة قياسات LFA، تم تطوير عدسة متحركة تسمى ZoomOptics . تسمح ZoomOptics بمجال رؤية محسّن لسطح العينة عن طريق التحكم في البرنامج. ستوضح الرسوم التوضيحية التالية المفهوم الكامن وراء هذا الجهاز الذي تم تنفيذه حديثًا.
بدون ZoomOptics - تشويه من فتحة العدسةتوقف
في أنظمة LFA المعاصرة الأخرى، يكون مجال الرؤية ثابتًا وكبيرًا بما يكفي لاستيعاب العينات ذات القطر الكبير (الشكل 2). عند اختبار العينات ذات القطر الأصغر، تُستخدم الأقنعة عادةً في محاولة لتقليل تأثير البيئة المحيطة. وغالبًا ما يؤدي ذلك إلى تشويه كبير في المنحنى الحراري من حيث أن الكاشف لا يستشعر فقط انحراف درجة حرارة العينة، ولكن أيضًا أي تقلبات من فتحة التوقف.
وبالتالي، فإن المنحنى الحراري سيظهر إما اتجاهًا متزايدًا باستمرار أو، كما هو موضح أدناه، فترة استقرار ممتدة (الشكل 3). الجانب الإشكالي في ذلك هو أن هذا التشوه لا يمكن تمييزه من قبل مستخدم عديم الخبرة. حيث لا يوجد انخفاض في إشارة الكاشف وحد أقصى واضح. ويرجع ذلك إلى أن التأثيرات الناتجة عن توقف الفتحة تكون متراكبة فوق تلك الناتجة عن العينة.
تتغلب ZoomOptics على مشكلة تشويه فتحة العدسة
تضمن خاصية ZoomOptics الجديدة في جهاز LFA 467 HyperFlash® أن إشارة الأشعة تحت الحمراء التي يتم تسجيلها تنشأ فقط من سطح العينة وليس من أي مناطق محيطة (الشكل 4). وهذا يسمح باختبار كل من العينات الكبيرة والصغيرة على حد سواء مع منطقة استشعار مثالية. على النقيض من التكوين السابق (الشكل 2)، تم إزاحة العدسة الآن للحصول على مجال رؤية مناسب. وبالتالي لم تعد فتحة العدسة قادرة على إنتاج أي تأثيرات ملحوظة على الإشارة. كما هو متوقع، يتوافق المنحنى الحراري الآن مع النموذج النظري، مما ينتج عنه قيم انتشار صحيحة (الشكل 5).
زووموبتكس لنتائج قياس دقيقة
بين الكاشف والعينة، تعمل العدسة التي يتم تشغيلها بمحرك متدرج على تحسين مجال الرؤية عن طريق التحكم في البرنامج؛ أي دون الحاجة إلى استخدام قناع (الشكل 6؛ في انتظار الحصول على براءة اختراع). وهذا يتحايل على حدوث التحف الفنية للقياس الناتجة عن مساهمات لوحة توقف الفتحة التي تسبب تأخر إشارة الأشعة تحت الحمراء على العينة. يقارن المثال الموضح في الشكل 6 بين قياسين من Pyroceram؛ الأول (النتيجة الخضراء، الصورة اليمنى) طبقت فيه ZoomOptics والثاني (النتيجة الصفراء، الصورة اليسرى) لم تطبق. في هذا المثال، تم قياس Pyroceram. وتبلغ قيمة الانتشار الحراري النظري للبيروسيرام عند RT 1.926 مم²/ثانية، وهي قيمة تتفق جيدًا مع النتيجة الخضراء في الشكل 6. وفي حالة النتيجة الصفراء، حدث انحراف بنسبة 38% بسبب اختلال العدسة التي تغطي العينة وجزءًا من المناطق المحيطة بها.
الخاتمة
تتمثل إحدى الميزات الاستثنائية لجهاز LFA 467 HyperFlash® LFA 467 في خاصية ZoomOptics المدمجة اختياريًا. فهو يجعل التشغيل باستخدام الأقنعة غير ضروري، وبدلاً من ذلك يقوم ببساطة بإزالة أي تشوهات في الإشارة من محيط العينة المباشر. ونتيجة لذلك، تزداد دقة نتائج الاختبار - خاصةً بالنسبة للعينات ذات الأقطار الأصغر.