Pendahuluan
Sejak pengembangan metode laser flash oleh Parker dkk. pada tahun 1961 [1], berbagai perbaikan telah dilakukan pada metode ini untuk 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 tanpa kontak dan tidak merusak. Saat ini, perangkat keras dan perangkat lunak harus memungkinkan pengukuran pada geometri, bentuk, dan bentuk sampel yang berbeda. Hal ini menjadi penting bagi peralatan laser/light flash (LFA) untuk dapat menguji tidak hanya benda padat, tetapi juga spesimen berbentuk bubuk, cair, hancur dan berpori. Untuk alasan ini, prasyarat perangkat keras tertentu, seperti tempat sampel khusus harus disediakan. Selain itu, model perangkat lunak yang mempertimbangkan pengaruh bentuk dan bentuk spesimen menjadi semakin penting untuk penentuan yang tepat 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 (a), 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 (λ), dan 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 (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.cp).
Dalam beberapa tahun terakhir, NETZSCH terus meningkatkan dan mengembangkan model perhitungan, koreksi, dan operasi matematis dengan mempertimbangkan kehilangan panas yang dikombinasikan dengan koreksi denyut nadi, radiasi, sistem multilayer, pengujian dalam pesawat, koreksi dasar, dll. Catatan aplikasi ini menyajikan model Penetrasi berdasarkan McMasters [2] untuk pengukuran pada material berpori.
Material Berpori Merupakan Tantangan - Tetapi Tidak untuk Model Penetrasi
Untuk pengukuran lampu kilat standar, permukaan depan spesimen menyerap energi total. Gelombang panas kemudian akan menjalar melalui ketebalan spesimen sebelum mencapai permukaan belakang (gambar 1). Untuk material berpori, NETZSCH kini telah memperkenalkan model Penetrasi (gambar 2) yang mencakup pertimbangan berikut:
- Penyerapan energi pulsa tidak lagi terbatas pada permukaan depan
- Penyerapan diperluas di atas lapisan tipis ke dalam ketebalan spesimen
- Lapisan Proses PenyerapanPenyerapan adalah proses fisika dan kimia di mana suatu zat (biasanya gas atau cairan) terakumulasi di dalam fase lain atau pada batas fase dua fase. Tergantung pada tempat akumulasi, ada perbedaan antara absorpsi (akumulasi dalam fase) dan adsorpsi (akumulasi pada batas fase).penyerapan dapat ditangani sebagai jalur bebas rata-rata dalam material
Mempertimbangkan aspek-aspek ini menghasilkan distribusi suhu awal yang meluruh secara eksponensial di dalam spesimen. Menerapkan pendekatan ini, yang memperhitungkan porositas material, menghasilkan peningkatan akurasi dan presisi 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, 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, dan nilai 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 yang ditentukan.
Kondisi Pengukuran
Insulasi kain kempa grafit diukur antara suhu kamar dan 90°C dengan NETZSCH LFA 427 dan, untuk tujuan perbandingan, dengan pengukur aliran panas NETZSCH HFM 436 Lambda. Ketebalan spesimen masing-masing sebesar 5,4 mm dan 20 mm. Densitas ditentukan sebesar 0,082 g/cm3 pada suhu 20°C.
Hasil Pengukuran
Gambar 3 menggambarkan: a) hasil pengukuran LFA yang menunjukkan arah 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 dipantau berdasarkan model Penetrasi, b) data literatur 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 grafit POCO, dan c) 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 dihitung berdasarkan persamaan:
dengan
λ = 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
α = 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
ρ = densitas
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.cp = 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
Pengukuran LFA pertama kali dievaluasi dengan model standar (Cowan, [3]) dan yang kedua dengan model Penetrasi. Gambar 4 dengan jelas menunjukkan bahwa pengukuran yang sama menghasilkan hasil 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 berbeda ketika menggunakan model perhitungan yang berbeda. Pertanyaan mengenai hasil mana yang lebih baik dapat dijawab dengan memeriksa kenaikan sinyal (gambar 5).
Gambar 5 menunjukkan kenaikan sinyal detektor. Plot sebelah kiri menggambarkan penggunaan model standar. Hal ini dengan jelas menunjukkan bahwa model standar menghasilkan kecocokan model yang tidak memadai. Dalam hal ini, difusivitas termal ditentukan sebesar 0,753 mm2/s - nilai yang terlalu tinggi untuk material yang diteliti. Namun, kecocokan model yang sangat baik dihasilkan ketika menggunakan kecocokan berdasarkan model Penetrasi (plot kanan). Nilai difusivitas termal yang dihasilkan, a = 0,626 mm2/s, sekitar 17% lebih rendah dan, karena kecocokan yang lebih baik, jauh lebih dapat diandalkan daripada yang dicapai dengan model Cowan standar.
Konduktivitas termal sebanding dengan difusivitas termal dan oleh karena itu nilainya juga lebih tinggi untuk bahan standar. Keandalan hasil yang diperoleh dengan model Penetrasi dikonfirmasi oleh pengukuran HFM pada bahan yang sama. Hasil LFA dan HFM memiliki kesesuaian yang baik; deviasi maksimum kurang dari ± 6% (gambar 6).
Kesimpulan
Seiring dengan berbagai model klasik (misalnya, Cowan 5/10, Parker, Cape-Lehman yang telah disempurnakan, dll.), perangkat lunak NETZSCH LFA Proteus® menyertakan banyak model perhitungan, koreksi, dan operasi matematika yang berbeda. Salah satunya adalah model Penetrasi, yang cocok secara khusus untuk material berpori dan material dengan permukaan kasar. Fitur khusus dari perangkat lunak LFA Proteus® ini melibatkan penetrasi lampu kilat ke dalam spesimen di luar permukaan yang dipanaskan. Hal ini memperhitungkan porositas spesimen, yang menyebabkan sebagian energi kilatan cahaya disimpan di dalam spesimen. Ini berarti model Penetrasi memperhitungkan Proses PenyerapanPenyerapan adalah proses fisika dan kimia di mana suatu zat (biasanya gas atau cairan) terakumulasi di dalam fase lain atau pada batas fase dua fase. Tergantung pada tempat akumulasi, ada perbedaan antara absorpsi (akumulasi dalam fase) dan adsorpsi (akumulasi pada batas fase).penyerapan energi pulsa melalui lapisan tipis ke dalam ketebalan spesimen. Metode lain yang dapat diandalkan seperti Heat Flow Meter (HFM) mengkonfirmasi hasil LFA yang diperoleh dengan menerapkan model Penetrasi untuk perhitungan difusivitas/konduktivitas termal.