26.09.2023 by Aileen Sammler
За влиянието на графитното покритие върху високопроводимите материали
Съвети и трикове за измервания с помощта на лазерен светкавичен анализ (LFA)
Техниките за термичен анализ, като например лазерният/ светлинният анализ (LFA), осигуряват безценна информация за поведението на материалите при различни температурни условия. За прецизно измерване на термофизични свойства, като например термична дифузия, методът LFA се е доказал като бърз, универсален и прецизен абсолютен метод.
В тази статия в блога ще се спрем на значението на използването на графитно покритие при LFA измервания, особено за високопроводими образци като мед или алуминий. Нека разгледаме ролята на графита за повишаване на точността на LFA измерванията и да разберем как да оптимизираме покритието за различни свойства на материала.
Защо да използвате графитно покритие?
Графитните покрития служат за множество цели при измерванията на LFA. Те подобряват емисионните и абсорбционните свойства на повърхността на пробата, като осигуряват по-добро съотношение сигнал/шум за детектора. Това води до по-точни измервания. Освен това графитът не отразява светлината. Това свежда до минимум смущенията по време на анализа и осигурява надеждни данни за по-нататъшен анализ.
Влияние на графитния слой върху термичното съпротивление
За стандартни образци като полимери или керамика, които имат ниска топлопроводимост, въздействието на графитния слой е незначително в сравнение с високото термично съпротивление на образеца. В такива случаи е достатъчен тънък графитен слой от няколко микрометра.
За високопроводими материали като мед или алуминий обаче, при по-кратки времена на измерване под около 150 милисекунди, графитният слой може да окаже значително влияние върху резултатите. Следователно изборът на графитни покрития трябва да бъде съобразен с конкретните цели на измерването.
Покриване на високопроводими проби за измерване на топлинната дифузия
Идеалният начин за покриване на високопроводима проба с графит зависи от това кое материално свойствоеда бъде определено. При измерване на топлинната дифузия на високопроводими материали като мед (Cu) или алуминий (Al) с кратка продължителност (вж. фигура 1) е подходящо да не се използва графит или само small количество (като "докосване") графит. Този подход свежда до минимум влиянието на графитния слой върху измерването, като гарантира точни резултати.
Покриване на високопроводими проби за измерване на специфичния топлинен капацитет
При измерванията на специфичния топлинен капацитет целта е да се сравни максималното нарастване на сигнала между пробата и еталона. За да се постигне това, пробата и еталонът трябва да имат еднакви свойства на излъчване и поглъщане. За да се постигне това, от съществено значение е наличието на пълен графитен слой.
Изследване на графитно покритие върху меден образец
За да се демонстрира влиянието на различните графитни покрития върху топлинната дифузия и специфичния топлинен капацитет на високопроводими материали, е анализиран образец от мед. Медта е често срещан стандартен материал с известни стойности на топлинната дифузия.
Изследването включваше три групи видове покрития:
- Празна проба: Без никакво графитно покритие сигналът остава нисък поради минималното влагане на енергия.
- Докосване на графит: Резултатът отговаря на литературната стойност в рамките на ± 3 %.
- Пълен(и) графитен(и) слой(и): Всеки допълнителен слой води до намаляване на топлинната дифузия
Влияние върху специфичния топлинен капацитет
За определянето на специфичната топлина е необходим един покриващ графитен слой, за да се достигне разумен максимум. При допълнителни слоеве максимумът остава на същото ниво и следователно няма да подобри резултатите.
Различна цел, различно покритие! Оптимизиране на графитното покритие
В обобщение, покриването на високопроводимите образци с графит трябва да се регулира в зависимост от специфичното свойство на измервания материал. За измервания на топлинната дифузия с кратка продължителност е достатъчно минимално количество графит. За измерванията на специфичния топлинен капацитет обаче е необходимо да се натрупа пълен слой графит, за да се осигурят точни и последователни резултати.
В случаите, когато е необходимо да се определят едновременно термичната дифузия и специфичният топлинен капацитет, се препоръчва изследванията да се разделят на две отделни измервания. Първо се измерва топлинната дифузия с докосване на графит, след което пробата се почиства, преди да се нанесе пълен слой графит за измерване на специфичния топлинен капацитет.
Като разбират и оптимизират графитното покритие, изследователите могат да увеличат точността и надеждността на измерванията с лазерен светкавичен анализ, което в крайна сметка води до по-добри познания за поведението и експлоатационните характеристики на материалите.
