Pendahuluan
Graphite foil digunakan dalam banyak aplikasi teknis yang membutuhkan pembuangan panas yang efisien meskipun materialnya tipis, seperti dalam bidang elektronik, teknologi energi, dan teknik mesin. Selain ketahanan termal dan kimia yang tinggi, mereka dibedakan oleh Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal anisotropik yang diucapkan.
Meskipun Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal mereka yang tegak lurus terhadap bidang foil (melalui bidang) relatif rendah, mereka menunjukkan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal yang sangat tinggi di dalam bidang (dalam bidang). Sifat-sifat ini sebagian besar terkait dengan produksi, misalnya, karena penggulungan. Konduktivitas termal dalam bidang memungkinkan distribusi panas lateral yang cepat di seluruh permukaan foil. Hal ini sangat penting untuk mengurangi titik panas lokal, karena memungkinkan sumber panas lokal dihilangkan secara efisien. Dengan demikian, foil grafit bertindak sebagai penyebar panas, yang secara signifikan berkontribusi pada Stabilitas TermalSuatu bahan dikatakan stabil secara termal jika tidak terurai di bawah pengaruh suhu. Salah satu cara untuk menentukan stabilitas termal suatu zat adalah dengan menggunakan TGA (penganalisis termogravimetri). stabilitas termal dan keandalan sistem teknis modern.
Melalui Bidang vs Dalam Bidang
Menentukan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal melalui bidang dan dalam bidang secara akurat merupakan hal yang sangat penting untuk mendesain banyak aplikasi teknis. LFA (Laser Flash Analysis) dapat dengan mudah dan mudah digunakan menangani tugas ini dengan pemegang sampel dan model yang sesuai. Pengukuran melalui bidang dilakukan dengan menggunakan tempat sampel foil, yang dioptimalkan untuk mengukur sampel tipis (lihat gambar 1, kiri). Namun, pengukuran dalam bidang dilakukan dengan menggunakan tempat sampel dalam bidang (aliran panas ke dalam); lihat gambar 1, kanan.
Pengukuran melalui bidang dilakukan secara tegak lurus terhadap permukaan sampel. Pengukuran dalam bidang menggunakan penyinaran berbentuk cincin pada sampel, sedangkan kenaikan suhu terdeteksi pada pusat sampel. Hal ini membuat karakteristik sinyal pengukuran merupakan karakteristik konduksi panas dalam bidang. Gambar 2 menunjukkan sketsa yang mengilustrasikan hal ini.
Kondisi Pengukuran
Kondisi pengukuran dirinci dalam tabel 1.
Tabel 1: Kondisi pengukuran
| Sistem LFA | LFA 717 HyperFlash® |
|---|---|
| Sampel | Kertas grafit |
| Ketebalan sampel | 500 μm |
| KepadatanDensitas massa didefinisikan sebagai rasio antara massa dan volume. Kepadatan | ~ 1 g / cm³ dari lembar data |
| Kapasitas panas spesifik | Nilai literatur dari grafit POCO [2] |
| Program suhu | 25 hingga 500 ° C |
| Atmosfer | nitrogen |
| Arah pengukuran | melalui bidang dan dalam bidang |
| Tempat sampel | melalui bidang → tempat sampel untuk foil dalam bidang → pemegang sampel dalam bidang (aliran panas ke dalam) |
| Model evaluasi | melalui bidang → model standar berdasarkan Cape Lehman dalam bidang → model ortotropik |
Model Ortotropik
Untuk menjelaskan anisotropi yang diucapkan dari foil grafit selama evaluasi, model ortotropik menggambarkan Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal sebagai kuantitas yang bergantung pada arah, dengan dua komponen independen: satu yang tegak lurus terhadap bidang sampel (α), dan satu lagi di bidang (α||). Hal ini tercermin secara langsung dalam persamaan konduksi panas yang mendasarinya.
Di sini, z menunjukkan arah tegak lurus terhadap permukaan sampel (through-plane) dan r adalah arah radial dalam bidang (in-plane). Daripada mengasumsikan difusivitas yang seragam ke segala arah, model ini memasukkan nilai parameter independen untuk α dan α , sehingga memungkinkan untuk memperhitungkan perambatan panas yang sebenarnya pada bahan anisotropik. Ketika mengevaluasi pengukuran dalam bidang, difusivitas melalui bidang, α , yang sebelumnya ditentukan dalam pengukuran terpisah, dimasukkan ke dalam perhitungan sebagai parameter input yang diketahui. Hal ini memungkinkan α| untuk ditentukan secara tepat.
Banyak sistem LFA komersial yang secara eksklusif menggunakan model satu dimensi untuk mengevaluasi pengukuran dalam bidang. Karena model-model ini hanya menggambarkan perambatan panas di sepanjang satu arah spasial, maka tidak mungkin untuk membedakan antara difusivitas dalam bidang dan difusivitas antar bidang sejak awal. Untuk bahan dengan anisotropi yang nyata, seperti foil grafit, hal ini pasti menyebabkan meremehkan Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal.
Dampak Model yang Dipilih pada Hasil Pengukuran
Gambar 3 menunjukkan Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal dari foil grafit pada suhu kamar pada arah bidang tembus dan dalam bidang. Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu. Difusivitas termal yang tegak lurus terhadap permukaan (melalui bidang) dievaluasi dengan model standar, berdasarkan Cape Lehman [1]. Ini adalah dua kali lipat lebih rendah dari Difusivitas TermalDifusivitas termal (a dengan satuan mm2 /s) adalah properti khusus material untuk mengkarakterisasi konduksi panas yang tidak stabil. Nilai ini menggambarkan seberapa cepat suatu bahan bereaksi terhadap perubahan suhu.difusivitas termal dalam bidang. Oleh karena itu, model ortotropik digunakan untuk mengevaluasi pengukuran dalam bidang. Setelah diteliti lebih dekat, perbedaan antara perilaku isotropik dan anisotropik dalam pengukuran di dalam pesawat adalah signifikan.
Gambar 4 mengilustrasikan hal ini dengan jelas. Di sini, pengukuran pada kertas grafit dievaluasi dengan menggunakan model isotropik dan ortotropik. Evaluasi isotropik menghasilkan nilai yang jauh lebih rendah (sekitar -18%) dan juga menunjukkan kecocokan kurva yang jauh lebih buruk.
Konduktivitas Termal sebagai Fungsi Suhu dan Arah Pengukuran
Gambar 5 menunjukkan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal dari foil grafit pada arah bidang tembus dan bidang dalam dari suhu kamar hingga 500°C. Konduktivitas termal dihitung dengan menggunakan Kapasitas Panas Spesifik (cp)Kapasitas panas adalah kuantitas fisik spesifik material, ditentukan oleh jumlah panas yang disuplai ke spesimen, dibagi dengan kenaikan suhu yang dihasilkan. Kapasitas panas spesifik terkait dengan satuan massa spesimen. kapasitas panas spesifik POCO Graphite [2] dan densitas pada suhu kamar. Konduktivitas termal menurun dengan meningkatnya suhu di kedua arah. Konduktivitas termal dalam bidang secara signifikan lebih tinggi daripada Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal melalui bidang.
Ringkasan
Apabila dikombinasikan dengan tempat sampel yang sesuai, analisis laser flash memungkinkan penentuan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal yang sangat anisotropik dari foil grafit yang dapat diandalkan, baik pada arah melalui bidang maupun dalam bidang. Hal ini mengungkapkan Konduktivitas TermalKonduktivitas termal (λ dengan satuan W/(m-K)) menggambarkan pengangkutan energi - dalam bentuk panas - melalui benda bermassa sebagai hasil dari gradien suhu (lihat gbr. 1). Menurut hukum termodinamika kedua, panas selalu mengalir ke arah suhu yang lebih rendah.konduktivitas termal dalam bidang yang jauh lebih tinggi, yang sangat penting untuk distribusi panas yang efisien dan pengurangan titik panas. Untuk memastikan evaluasi yang akurat, sangat penting untuk menggunakan model yang memperhitungkan anisotropi, karena pendekatan isotropik secara signifikan meremehkan sifat-sifatnya.