26.09.2023 by Aileen Sammler
A grafitbevonat hatása a nagy vezetőképességű anyagok esetében
Tippek és trükkök a lézeres villanáselemzéssel (LFA) végzett mérésekhez
Az olyan hőelemzési technikák, mint a lézer/fényvillanáselemzés (LFA), felbecsülhetetlen értékű betekintést nyújtanak az anyagok viselkedésébe változó hőmérsékleti körülmények között. A termofizikai tulajdonságok, például a Termikus diffúziós képességA hővezető képesség (a mm2/s egységgel) egy anyagspecifikus tulajdonság a nem állandó hővezetés jellemzésére. Ez az érték azt írja le, hogy egy anyag milyen gyorsan reagál a hőmérsékletváltozásra.termikus diffúziós képesség pontos mérésére az LFA módszer gyors, sokoldalú és pontos abszolút módszernek bizonyult.
Ebben a blogcikkben a grafitbevonat LFA-mérések során történő alkalmazásának jelentőségére összpontosítunk, különösen az olyan nagy vezetőképességű minták esetében, mint a réz vagy az alumínium. Vizsgáljuk meg a grafit szerepét az LFA-mérések pontosságának növelésében, és értsük meg, hogyan optimalizálható a bevonat a különböző anyagtulajdonságokhoz.
Miért érdemes grafitbevonatot használni?
A grafitbevonatok több célt szolgálnak az LFA-mérések során. Javítják a minta felületének emissziós és abszorpciós tulajdonságait, jobb jel-zaj arányt biztosítva a detektor számára. Ez pontosabb méréseket eredményez. Ezenkívül a grafit nem tükröződik. Ez minimalizálja az elemzés során fellépő interferenciát, és megbízható adatokat biztosít a további elemzéshez.
A grafitréteg hatása a hőellenállásra
Az alacsony 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 képességű standard minták, például polimerek vagy kerámiák esetében a grafitréteg hatása elhanyagolható a minta nagy hőellenállásához képest. Ilyen esetekben elegendő egy néhány mikrométeres, vékony grafitréteg.
A nagy vezetőképességű anyagok, például a réz vagy az alumínium esetében azonban, ahol a mérési idő rövidebb, körülbelül 150 milliszekundum alatt van, a grafitréteg jelentősen befolyásolhatja az eredményeket. Ezért a grafitbevonat kiválasztását a konkrét mérési célokhoz kell igazítani.
Nagy vezetőképességű minták bevonása hődiffúziós mérésekhez
A nagy vezetőképességű minta grafittal való bevonásának ideális módja attól függ, hogy milyen anyagi tulajdonságot kell meghatározni . Nagy vezetőképességű anyagok, például réz (Cu) vagy alumínium (Al) rövid időtartamú hődiffúziós képességének mérésekor (lásd az 1. ábrát), megfelelő a grafit nélküli vagy csak small mennyiségű (például "érintésnyi") grafit használata. Ez a megközelítés minimalizálja a grafitréteg hatását a mérésre, így biztosítva pontos eredményeket.
Nagy vezetőképességű minták bevonása 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 mérésekhez
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 méréseknél a cél a jel maximális emelkedésének összehasonlítása a minta és a referencia között. Ennek eléréséhez a mintának és a referenciának azonos kibocsátási és abszorpciós tulajdonságokkal kell rendelkeznie. Ehhez elengedhetetlen a teljes grafitréteg.
Grafitbevonat vizsgálata rézmintán
A különböző grafitbevonatoknak a nagy vezetőképességű anyagok 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 képességére 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 hőkapacitására gyakorolt hatásának bemutatására egy rézmintát elemeztek. A réz ismert hődiffúziós értékekkel rendelkező gyakori standard anyag.
A vizsgálatban három bevonattípus-csoportot vizsgáltak:
- Üres minta: Grafitbevonat nélkül a jel alacsony marad a minimális energiabevitel miatt.
- Grafit érintése: Az eredmény ± 3%-on belül megfelel az irodalmi értéknek.
- Teljes grafitréteg(ek): Minden további réteg a hődiffúziós képesség csökkenését okozza
A fajhő meghatározásához egy fedő grafitrétegre van szükség az ésszerű maximum eléréséhez. További rétegek esetén a maximum ugyanazon a szinten marad, és ezért nem javítja az eredményeket.
Más cél, más bevonat! Grafitbevonat optimalizálása
Összefoglalva, a nagy vezetőképességű minták grafittal való bevonását a mérendő anyagtulajdonságok alapján kell beállítani. Rövid időtartamú hődiffúziós mérésekhez elegendő minimális mennyiségű grafit. A fajlagos hőkapacitás mérésekhez azonban a pontos és konzisztens eredmények biztosításához elengedhetetlen a teljes grafitréteg.
Azokban az esetekben, amikor mind a hődiffúziós képességet, mind a fajlagos hőkapacitást meg kell határozni, ajánlott a vizsgálatokat két külön mérésre bontani. Először mérje meg a hővezető képességet egy érintésnyi grafittal, majd tisztítsa meg a mintát, mielőtt a fajlagos hőkapacitás méréséhez egy teljes grafitréteget alkalmazna.
A grafitbevonat megértésével és optimalizálásával a kutatók maximalizálhatják a lézeres villanáselemzéses mérések pontosságát és megbízhatóságát, ami végső soron az anyag viselkedésének és teljesítményének jobb megismeréséhez vezet.
