26.09.2023 by Aileen Sammler
نبذة عن تأثير طلاء الجرافيت للمواد عالية التوصيل
نصائح وحيل للقياسات عن طريق تحليل وميض الليزر (LFA)
توفر تقنيات التحليل الحراري مثل تحليل وميض الليزر/الضوء الوامض (LFA) رؤى لا تقدر بثمن في سلوك المواد في ظل ظروف درجات الحرارة المتغيرة. وللقياس الدقيق للخصائص الفيزيائية الحرارية مثل الانتشار الحراري، أثبتت طريقة LFA أنها طريقة مطلقة سريعة ومتعددة الاستخدامات ودقيقة.
في مقالة المدونة هذه، سنركز على أهمية استخدام طلاء الجرافيت في قياسات LFA، خاصةً للعينات عالية التوصيل مثل النحاس أو الألومنيوم. دعونا نستكشف دور الجرافيت في تعزيز دقة قياسات LFA وفهم كيفية تحسين الطلاء لخصائص المواد المختلفة.
لماذا نستخدم طلاء الجرافيت؟
تخدم طلاءات الجرافيت أغراضًا متعددة في قياسات LFA. فهي تعزز خصائص الانبعاث والامتصاص لسطح العينة، مما يضمن نسبة إشارة إلى ضوضاء أفضل للكاشف. وينتج عن ذلك قياسات أكثر دقة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الجرافيت غير عاكس. وهذا يقلل من التداخل أثناء التحليل ويوفر بيانات موثوقة لمزيد من التحليل.
تأثير طبقة الجرافيت على المقاومة الحرارية
بالنسبة إلى العينات القياسية مثل البوليمرات أو السيراميك، التي تتميز بتوصيل حراري منخفض، يكون تأثير طبقة الجرافيت ضئيلًا مقارنة بالمقاومة الحرارية العالية للعينة. في مثل هذه الحالات، تكفي طبقة رقيقة من الجرافيت تبلغ بضعة ميكرومترات.
ومع ذلك، بالنسبة للمواد عالية التوصيل مثل النحاس أو الألومنيوم، مع أزمنة قياس أقصر أقل من حوالي 150 ميلي ثانية، يمكن أن تؤثر طبقة الجرافيت بشكل كبير على النتائج. وبالتالي، يجب أن يكون اختيار طلاء الجرافيت مصممًا بناءً على أهداف القياس المحددة.
طلاء العينات عالية التوصيل لقياسات الانتشار الحراري
وتعتمد الطريقة المثالية لطلاء عينة عالية التوصيل بالجرافيت على خاصية المادةالتي سيتم تحديدها. عند قياس الانتشار الحراري للمواد عالية التوصيل مثل النحاس (Cu) أو الألومنيوم (Al) ذات المدة القصيرة (انظر الشكل 1)، فإن استخدام الجرافيت بدون جرافيت أو مجرد كمية صغيرة (مثل "لمسة") من الجرافيت مناسب. يقلل هذا النهج من تأثير طبقة الجرافيت على القياس، مما يضمن نتائج دقيقة.
طلاء العينات عالية التوصيل لقياسات السعة الحرارية النوعية
بالنسبة لقياسات السعة الحرارية النوعية، يتمثل الهدف في مقارنة أقصى ارتفاع للإشارة بين العينة والمرجع. لتحقيق ذلك، يجب أن يكون لكل من العينة والمرجع نفس خصائص الانبعاث والامتصاص. ولتحقيق ذلك، من الضروري وجود طبقة جرافيت كاملة.
التحقيق في طلاء الجرافيت على عينة النحاس
لتوضيح تأثير طلاءات الجرافيت المختلفة على الانتشار الحراري والسعة الحرارية النوعية للمواد عالية التوصيل، تم تحليل عينة من النحاس. النحاس مادة قياسية شائعة ذات قيم انتشار حراري معروفة.
شمل التحقيق ثلاث مجموعات من أنواع الطلاء:
- عينة فارغة: بدون أي طلاء جرافيت، تظل الإشارة منخفضة بسبب الحد الأدنى من مدخلات الطاقة.
- لمسة من الجرافيت: تتوافق النتيجة مع القيمة الأدبية في حدود ± 3%.
- طبقة (طبقات) الجرافيت الكاملة: تتسبب كل طبقة إضافية في انخفاض في الانتشار الحراري
التأثير على السعة الحرارية النوعية
لتحديد الحرارة النوعية من الضروري وجود طبقة واحدة تغطي الجرافيت للوصول إلى حد أقصى معقول. وبالنسبة للطبقات الإضافية يظل الحد الأقصى على نفس المستوى، وبالتالي لن يؤدي إلى تحسين النتائج.
هدف مختلف، طلاء مختلف! تحسين طلاء الجرافيت
باختصار، يجب تعديل طلاء العينات عالية التوصيل بالجرافيت بناءً على خاصية المادة المحددة التي يتم قياسها. بالنسبة لقياسات الانتشارية الحرارية ذات المدة القصيرة، تكفي كمية قليلة من الجرافيت. ومع ذلك، بالنسبة لقياسات السعة الحرارية المحددة، فإن طبقة الجرافيت الكاملة ضرورية لضمان نتائج دقيقة ومتسقة.
في الحالات التي يلزم فيها تحديد كل من الانتشارية الحرارية والسعة الحرارية النوعية، يوصى بتقسيم التحقيقات إلى قياسين منفصلين. أولاً، قم بقياس الانتشار الحراري بلمسة من الجرافيت، ثم قم بتنظيف العينة قبل وضع طبقة جرافيت كاملة لقياس السعة الحرارية النوعية.
من خلال فهم طلاء الجرافيت وتحسينه، يمكن للباحثين زيادة دقة وموثوقية قياسات تحليل وميض الليزر إلى أقصى حد، مما يؤدي في النهاية إلى رؤى أفضل في سلوك المواد وأدائها.
