Podstawy fizyczne laserowej metody impulsowej LFA

Laserowa metoda impulsowa opracowana została na początku lat 60-tych przez Parkera i jego współpracowników.

Podczas pomiaru dolna powierzchnia płaskiej, równoległościennej próbki (patrz rys. 1) jest ogrzewana przez specjalnie wygenerowany, krótki impuls laserowy. W konsekwencji obserwujemy zmianę temperatury w czasie na górnej powierzchni próbki, która jest  rejestrowana za pomocą detektora podczerwieni. Typowy przebieg sygnałów jest przedstawiony na rys. 2 (krzywa czerwona). Im wyższa jest dyfuzyjność cieplna próbki, tym bardziej stromy jest wzrost sygnału na detektorze.

 

a: dyfuzyjność cieplna
ρ: gęstość
c_p: ciepło właściwe
λ: przewodność cieplna
T: temperatura

 

Dyfuzyjność cieplna dla próbki o grubości d jest wyznaczana na podstawie czasu połówkowego (t_1/2, wartość na osi czasu odpowiadająca połowie wysokości sygnału). Współczynnik przewodności cieplnej λ(T) jest wyliczany za pomocą wzoru umieszczonego pod wykresem na rys. 2. Metoda LFA pozwala również na wyznaczenie wartości ciepła właściwego c_p(T) mierzonych próbek na podstawie wysokości sygnału (ΔT_max) i porównaniu go z analogicznym sygnałem dla materiału referencyjnego o dokładnie znanej wartości c_p(T)ref .

Należy tutaj podkreślić, że badania przeprowadzane metodą laserową LFA zajmują o wiele mniej czasu niż pomiary przewodności cieplnej prowadzone metodami GHP czy HFM.