Bevezetés
A próbatestek alakjának és felületének hatását figyelembe vevő szoftveres modellek egyre fontosabbá válnak a termofizikai tulajdonságok (TPP), mint például a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség (a), a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség (λ) és a Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás (Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.cp) pontos meghatározásához. Emiatt az elmúlt években a NETZSCH elkötelezte magát a meglévő LFA (lézeres villanáselemzés) modellek folyamatos javítása, valamint új számítási modellek, korrekciók és matematikai műveletek kifejlesztése mellett, amelyek figyelembe veszik a hőveszteséget az impulzuskorrekcióval, a sugárzással, a többrétegű rendszerekkel, a síkbeli vizsgálatokkal, az alapvonali korrekciókkal stb. együtt.
Ez az alkalmazási jegyzet a McMasters [1] alapján készült Penetrációs modellt mutatja be. Alkalmas érdes felületű és rendkívül porózus anyagokon végzett mérésekhez.
A porózus anyagok kihívást jelentenek - de nem a behatolási modell számára
A szabványos villanásméréseknél a minta elülső felülete nyeli el a teljes energiát. A hőhullám ezután végighalad a minta vastagságán, mielőtt eléri a hátsó felületet (1. ábra). A porózus anyagok esetében a NETZSCH most bevezette a behatolási modellt (2. ábra), amely a következő megfontolásokat tartalmazza:
- Az impulzusenergia elnyelése már nem korlátozódik az elülső felületre.
- Az abszorpció egy vékony rétegre terjed ki a minta vastagságában is
- Az abszorpciós rétegek az anyagban az átlagos szabad útként kezelhetők
E szempontok figyelembevétele exponenciálisan csökkenő kezdeti hőmérséklet-eloszlást eredményez a próbadarabon belül. Ennek a megközelítésnek az alkalmazása, amely figyelembe veszi az anyag porozitását, jobb pontosságot és precizitást eredményez a meghatározott hődiffúziós, hővezetési és Fajlagos hőkapacitás (cp)A hőkapacitás egy anyagspecifikus fizikai mennyiség, amelyet a mintadarabba juttatott hőmennyiség és az ebből eredő hőmérséklet-emelkedés hányadosa határoz meg. A fajlagos hőkapacitás a minta egységnyi tömegére vonatkozik.fajlagos hőkapacitás értékek tekintetében.
Mérési feltételek
A penetrációs modell alkalmasságának vizsgálatához két azonos típusú, de különböző alakú töltött polimert mértünk. Az egyik mérést egy olyan felülettel rendelkező próbadarabon végeztük, amelyet 0,5 mm átmérőjű furatokkal láttunk el. Az összehasonlítás érdekében egy második mérést az eredeti, sima felületű próbadarabon végeztünk (3. ábra). A hővezető képességet 12,7 mm vastagságú és 1,96 mm átmérőjű próbadarabon határoztuk meg szobahőmérsékleten.
Mérési eredmények
A 4. és 5. ábra a fúrásokkal ellátott mintán végzett méréseket mutatja be. A 4. ábrán a detektor emelkedő jelének modellillesztése (piros görbe) a Cowan [2] által használt standard modell segítségével történt. A zöld kör jelzi az illesztés és a mérési görbe (kék) közötti eltérések területét. Ezzel a - nyilvánvalóan elégtelen - modellillesztéssel a termikus diffúziós tényező 0,753 mm2/s. A Penetrációs modell alapján végzett számítás 0,626 mm2/s termikus diffúziós képességet eredményez, ami közel 17%-kal alacsonyabb érték (5. ábra).
A 6. ábra a detektorjel emelkedését mutatja az eredeti, sima felületű, töltött polimer korongon végzett mérésből. Ha itt a standard Cowan-modellt használjuk a Hővezető képességA hővezető képesség (λ, mértékegysége W/(m-K)) az energia - hő formájában történő - szállítását írja le egy tömegtestben a hőmérséklet-gradiens hatására (lásd az 1. ábrát). A termodinamika második törvénye szerint a hő mindig az alacsonyabb hőmérséklet irányába áramlik.hővezető képesség meghatározására, akkor közel azonos mérési eredményeket kapunk, mint amilyeneket a Penetrációs modellel kaptunk a furatokkal ellátott próbatestre (5. ábra). Az eltérés körülbelül 3%-ot tesz ki. Ez azt bizonyítja, hogy a hővezető képességnek a Penetrációs modell alapján történő kiszámítása helyes eredményeket ad.
Következtetés
A különböző klasszikus modellek (pl. Cowan 5 /10, Parker, javított Cape-Lehman stb.) mellett a NETZSCH LFA Proteus® szoftver számos különböző számítási modellt, korrekciót és matematikai műveletet tartalmaz. A Penetrációs modell kifejezetten alkalmas porózus és érdes felületű anyagok esetén. Az LFA Proteus® szoftver e különleges funkciója a fényvillanás behatolását a mintadarabba a tényleges fűtött felületen túl. Figyelembe veszi a minta porozitását, ami miatt a fényvillanás energiájának nagy része a minta belsejében rakódik le. Ez azt jelenti, hogy a behatolási modell figyelembe veszi az impulzus energiájának egy vékony rétegben történő elnyelését a minta vastagságában. Az azonos mintadarabból készült, de nagyon eltérő felületi struktúrájú (sima vs. porózus) mintákon végzett mérések megerősítik a Penetration modell helyességét.