Einleitung
Neben einer schnellen Datenerfassung und einer leistungsstarken Software zur Erreichung des optimalen Energieeintrags innerhalb kürzester Zeit ist ein Flash-System mit effizienter Energiequelle nötig. Je kleiner die Pulsbreite, desto schneller kann der Temperaturanstieg in der Probe sein. Dies bedeutet, die minimale Probendicke hängt von der minimalen möglichen Pulsbreite ab. Nur Flash-Systeme mit hoher Empfindlichkeit und ausreichender Pulsenergie bei minimaler Pulsbreite können dünne und schnelle Proben mit hoher Genauigkeit messen.
Testbedingungen
Abbildung 2 zeigt die Messergebnisse an einer dünnen Kupferprobe mit einer Dicke von nur 235 μm. Für die Messungen wurde die LFA 467 HyperFlash® (Abbildung 1) mit dem Kühlsystem CC300 und dem hoch empfindlichen MTC-Detektor eingesetzt. Der MCT-Detektor garantiert das beste Signal-Rausch-Verhältnis im Tieftemperaturbereich und zeichnet sich durch kontaktlose Messung aus (keine Messfehler aufgrund des thermischen Kontaktwiderstands zwischen Sensor und Probe). Die geringere Zeitkonstante und die hervorragende Ansprechzeit des MCT-Detektors, beispielsweise im Vergleich zu einem „solid-state“-Sensor, erlauben die Erfassung von Temperaturanstiegen (diffusion times) von weniger als 1 ms. Dies setzt jedoch auch kleine Pulslängen von bis zu 10 μs und eine hohe Datenerfassungsrate von 2 MHz (zwei separate 2-MHz- Kanäle für den IR-Detektor und der Pulsdiode) voraus.
Dank der hohen Empfindlichkeit der Elektronik ist es möglich, ein zuverlässiges Detektorsignal bei einer minimalen Pulsbreite von nur 10 μs zu erreichen. Dies ist in Abbildung 3 dargestellt.
In der Vergangenheit haben kommerzielle Flash-Systeme mit Pulslängen von 150 μs bis 1200 μs und mehr gearbeitet. Eine Halbzeit von 100 μs, wie in Abbildung 3 zu sehen, konnte deshalb nicht detektiert werden. Die Detektorkurve (blau) und die entsprechende Modellanpassung (rote Kurve) stimmen gut überein. Die patentierte finite Pulskorrektur und ein verbessertes 2-D-Berechnungsmodell auf Basis von Cape-Lehmann wurden zur Berechnung der TemperaturleitfähigkeitDie Temperaturleitfähigkeit (a mit der Einheit mm2/s) ist eine materialabhängige Stoffeigenschaft zur Charakterisierung des instationären Wärmetransports. Sie gibt an, wie schnell ein Material auf eine Temperaturänderung reagiert.Temperaturleitfähigkeit herangezogen. In Abbildung 2 ist deutlich zu sehen, dass die maximale Abweichung von den Literaturwerten weniger als 3 % beträgt.
Fazit
Auf die sehr kurze Messdauer von 1 ms, die mit kommerziellen Flash-Systemen bisher nicht möglich war, soll hier noch einmal besonders hingewiesen werden. Ein Signalanstieg innerhalb von ~200 μs (Wärmediffusionszeit) lässt sich jetzt aufgrund der sehr kurzen Pulsbreite von 10 μs und der hohen Datenerfassungsrate von 2 MHz realisieren.