Pendahuluan
Hanya sistem lampu kilat yang memiliki sensitivitas tinggi, lebar pulsa yang sesuai, dan evaluasi data canggih yang dapat secara akurat mengukur bahan yang tipis dan sangat konduktif. Tantangan terbesar apabila mengukur bahan semacam itu adalah waktu pengukuran yang sangat singkat. Hal ini memerlukan kecepatan akuisisi data yang tinggi dan lebar pulsa yang sangat rendah.
Tembaga adalah contoh sempurna untuk hal ini. Dengan ketebalan 0,3 mm hingga beberapa milimeter, sering digunakan sebagai penyebar panas, lapisan substrat, atau sebagai pelat pendingin terstruktur, di mana distribusi panas lateral dan integrasi mekanis yang andal diperlukan. Aplikasi yang umum dapat ditemukan dalam elektronika daya, teknologi baterai, dan rakitan di bawah tekanan termal tinggi, di mana desain yang ringkas dan pembuangan panas yang efisien sangat penting.
Metode dan Kondisi Pengukuran
LFA 707 StratoFlash®Classic dilengkapi dengan laser yang menghasilkan densitas energi tinggi, yang khususnya diperlukan pada suhu tinggi. Namun, ketika mengukur bahan tipis, input energi yang rendah sangat penting untuk mencegah kerusakan dan panas berlebih.
Berkat lebar pulsa dan voltase yang dapat disesuaikan, LFA 707 StratoFlash®Classic dapat menyesuaikan input energi dengan persyaratan pengukuran. Detektor ini memiliki kecepatan akuisisi data 2 MHz, memastikan jumlah titik data yang cukup bahkan pada waktu pengukuran yang singkat.
Kondisi pengukuran dirinci dalam tabel 1.
Tabel 1: Kondisi pengukuran
| Bahan | Tembaga murni |
| Ketebalan | 0.32 mm hingga 4 mm |
| Tempat sampel | Ø 12,7 mm |
| Suhu | Suhu kamar |
| Lebar pulsa | 100 hingga 600 μs |
| Model | Model Standar, berdasarkan Cape Lehmann dengan Koreksi Denyut Nadi |
Hasil Pengukuran dan Pembahasan
Gambar 1 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 tembaga dengan ketebalan yang berbeda, mulai dari 0,32 mm hingga 4 mm. Semua hasil berada dalam ± 2,5% dibandingkan dengan nilai literatur sekitar 117 mm²/s pada suhu kamar [1].
Panjang pulsa disesuaikan dengan ketebalan dan waktu pengukuran, mulai dari 100 μs hingga 600 μs. Setengah waktu (t1/2) bervariasi dalam dua urutan besarnya dari sekitar 210 μs untuk sampel 0,32 mm hingga 24 ms untuk sampel paling tebal dengan 4 mm.
Gambar 2 menunjukkan sinyal untuk sampel dengan ketebalan minimum dan maksimum. Rasio signal-to-noise dari kedua pengukuran tidak ideal. Hal ini disebabkan oleh rendahnya input energi yang digunakan untuk mencegah panas berlebih dan pengukuran dilakukan pada suhu kamar. Namun demikian, model matematisnya cocok dengan data secara sempurna, yang sangat penting untuk mencapai hasil yang sangat akurat. Dalam analisis sinar laser, model matematika yang digunakan untuk menentukan 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 didasarkan pada solusi analitis persamaan konduksi panas, dengan mengasumsikan input energi seketika (pulsa Dirac). Namun pada kenyataannya, pulsa laser selalu memiliki durasi yang terbatas. Untuk sampel dengan waktu pengukuran yang relatif lama, durasi pulsa biasanya jauh lebih pendek daripada waktu pengukuran karakteristik, sehingga penyimpangan dari asumsi ideal dapat diabaikan (gambar 2: tembaga 4 mm).
Untuk bahan yang sangat konduktif seperti tembaga, khususnya ketika mengukur sampel tipis, respons termal terjadi dalam waktu yang sangat singkat. Dalam kasus seperti itu, durasi denyut nadi memiliki urutan yang sama besarnya dengan waktu difusi karakteristik sampel (gambar 2: tembaga 0,32 mm). Hal ini menyebabkan tumpang tindih antara fase pemanasan dan respons termal sampel, yang dapat mendistorsi kurva suhu dan akibatnya, 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 dihitung.
Koreksi Denyut Nadi
Untuk memperhitungkan efek ini, perangkat lunak analisis NETZSCH LFA Proteus® secara otomatis menerapkan koreksi pulsa eksponensial [2]. Alih-alih mengasumsikan input energi sesaat, sinyal nyata dari pulsa laser dipertimbangkan selama evaluasi. Hal ini dicapai dengan memasukkan sinyal pulsa melalui konvolusi, sehingga input panas yang bergantung pada waktu dapat diperhitungkan dalam perhitungan respons suhu. Dengan cara ini, 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 dievaluasi mencerminkan kondisi eksperimental yang sesungguhnya, bukan pulsa sesaat yang diidealkan.
Dengan mempertimbangkan bentuk pulsa aktual selama evaluasi, koreksi pulsa secara signifikan meningkatkan akurasi penentuan 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 untuk sampel yang tipis dan sangat konduktif. Hal ini menjadi semakin penting ketika ketebalan sampel berkurang dan 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 meningkat.
Untuk waktu pengukuran yang sangat singkat dan dengan demikian juga t1/2 yang sangat singkat, koreksi pulsa yang kuat dan tepat adalah fitur analisis yang paling penting. Hal ini ditunjukkan pada gambar 3. Seperti pada gambar 1, titik-titik biru mewakili 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 tembaga dengan ketebalan yang berbeda. Dalam hal ini, koreksi denyut nadi digunakan untuk evaluasi. Segitiga oranye mewakili pengukuran yang sama, tetapi evaluasi dilakukan tanpa koreksi pulsa. Mengurangi ketebalan sampel - menghasilkan waktu pengukuran yang lebih pendek - menyebabkan peningkatan kesalahan yang disebabkan oleh tumpang tindih pulsa.
Kesimpulan
Hasil penelitian menunjukkan bahwa sampel tembaga yang tipis dan sangat konduktif dengan waktu respons termal yang sangat singkat pun dapat diukur secara akurat menggunakan LFA 707 StratoFlash®Classic . Kombinasi kontrol pulsa yang dapat disesuaikan, akuisisi data berkecepatan tinggi, dan koreksi pulsa tingkat lanjut memastikan hasil 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 andal bahkan dalam kondisi pengukuran yang berat. Hal ini menjadikan LFA 707 StratoFlash®Classic sebagai solusi yang ampuh untuk karakterisasi material dengan 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 sangat tinggi