Pendahuluan
Pembuangan panas yang efisien sangat penting dalam perangkat elektronik dan optoelektronik berkinerja tinggi, di mana beban termal yang tinggi terjadi dalam ruang yang sangat terbatas.
Berlian sangat cocok untuk aplikasi semacam itu karena menggabungkan kekerasan ekstrem dengan 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 tertinggi di antara semua bahan alami, melebihi 2000 W/(m·K) pada suhu kamar. Ekspansi termalnya yang rendah dan sifat isolasi listriknya semakin mendukung penggunaannya dalam konsep pendinginan yang menuntut.
Namun, pengujian 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 berlian secara akurat tetap menjadi tantangan karena kemampuan transportasi panas dan transparansi optiknya yang luar biasa, sehingga pemilihan metode, instrumen, dan prosedur menjadi sangat penting.
Pengujian Dalam Bidang Tingkat Lanjut
Saat menguji 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 berlian pada arah melintasi bidang, biasanya diberlakukan persyaratan ketebalan tertentu pada sampel [1].
Ketika sampel sangat tipis, perpindahan panas terjadi dalam waktu yang sangat singkat. Hal ini menjadikan resolusi temporal yang tinggi sangat penting untuk memperoleh sinyal detektor berkualitas tinggi. Meskipun durasi pulsa sesingkat 10 µs mendukung penangkapan sinyal yang lebih baik, jendela pengukuran yang sempit dapat meningkatkan kompleksitas pemisahan sinyal dan penyesuaian kurva. Dengan mempertimbangkan faktor-faktor ini secara tepat, perhitungan yang andal tetap dapat dicapai.
Dengan menggunakan NETZSCH LFA 717 HyperFlash® sebagai contoh, frekuensi akuisisi data detektor adalah 2 MHz, yang menghasilkan selang waktu 0,5 μs antara titik data yang berdekatan. Menurut ASTM E1461, umumnya diperlukan setidaknya 100 titik data yang direkam hingga setengah waktu (t₁/₂). Namun, untuk sampel berlian transparan yang memiliki 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 sangat tinggi, direkomendasikan 250 titik data, sehingga menghasilkan waktu paruh (t₁/₂) minimum sebesar 0,125 ms. Ketebalan sampel minimum yang dapat diuji (dₘᵢₙ) kemudian dapat diperkirakan secara kasar menggunakan rumus Parker, di mana α adalah 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 pada arah melintasi bidang sampel:
Untuk berlian monokristal dengan nilai α sekitar 1000 mm²/s, disarankan agar ketebalan sampel tidak kurang dari 0,95 mm guna memastikan akurasi pengujian yang memadai. Meskipun sampel dengan ketebalan sedikit di bawah nilai tersebut masih dapat digunakan, kualitas sinyal akan menurun; misalnya, rasio sinyal terhadap kebisingan (signal-to-noise ratio) akan berkurang.
Jika Ketebalan Sampel Jauh Lebih Kecil daripada Ketebalan yang Direkomendasikan ini, bagaimana cara menguji difusivitas termalnya?
Dalam kasus seperti itu, sampel dapat diuji menggunakan dudukan dalam bidang (Gambar 1), yang menghasilkan jalur difusi panas yang lebih panjang di dalam sampel untuk mengukur arah dalam bidang tersebut.
Tabel 1 merangkum 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 dalam bidang yang diperoleh untuk sampel berlian setebal 0,638 mm menggunakan dudukan sampel dalam bidang. Pengukuran dilakukan pada suhu kamar. 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 rata-rata dalam bidang sebesar 1126,6 mm²/s ditentukan dengan deviasi standar sebesar 8,6 mm²/s. Hamburan yang rendah pada setiap pengukuran menunjukkan pengulangan pengukuran yang sangat baik. Nilai difusivitas dalam bidang yang diukur konsisten dengan rentang difusivitas yang diamati pada spesimen berlian sejenis yang dianalisis dalam arah melintasi bidang pada Catatan Aplikasi 438. Kesesuaian ini menegaskan bahwa pengaturan LFA dalam bidang cocok untuk mengkarakterisasi bahan 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.
Kurva kenaikan suhu yang bersangkutan ditampilkan pada Gambar 2. Sinyal yang diukur menunjukkan peningkatan tajam segera setelah impuls cahaya, diikuti oleh penurunan secara bertahap. Kesesuaian yang sangat baik antara kurva eksperimental dan kurva model yang disesuaikan menunjukkan bahwa model aliran panas dalam bidang yang dipilih secara akurat menggambarkan respons termal sampel berlian. Kualitas penyesuaian yang stabil dan ketidakpastian pengukuran yang rendah mendukung keandalan nilai difusivitas dalam bidang yang diperoleh.
Kesimpulan
Hasil penelitian secara jelas menunjukkan bahwa metode LFA cocok untuk mengkaji bahan-bahan berkonduktivitas tinggi pada arah dalam bidang. Bahkan pada berlian, yang menunjukkan penyebaran panas yang sangat cepat, pengukuran dalam bidang tersebut menghasilkan hasil yang sangat dapat direproduksi dan andal.
Nilai 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 rata-rata dalam bidang sebesar 1126,6 mm²/s, dikombinasikan dengan deviasi standar relatif sekitar 0,76 %, menegaskan stabilitas pendekatan pengukuran ini. Kesesuaian yang sangat baik antara kurva kenaikan suhu yang diukur dan model yang disesuaikan semakin mendukung validitas evaluasi dalam bidang yang diterapkan.
Oleh karena itu, analisis LFA dalam bidang merupakan metode yang berharga untuk menentukan sifat transportasi termal arah tertentu, terutama untuk bahan tipis dan sangat konduktif. Dengan dudukan sampel yang tepat, parameter pengukuran yang sesuai, dan model evaluasi dalam bidang yang khusus, data 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 yang andal dapat diperoleh.
Nilai-nilai yang andal ini mendukung pemilihan bahan, desain termal, dan akurasi simulasi, sehingga membantu mengurangi panas berlebih lokal serta meningkatkan kinerja dan masa pakai komponen.