Introdução
Somente sistemas de flash com alta sensibilidade, largura de pulso adequada e avaliação avançada de dados podem medir com precisão materiais finos e altamente condutores. O maior desafio ao medir esse tipo de material é o tempo de medição extremamente curto. Isso requer uma alta taxa de aquisição de dados e uma largura de pulso muito baixa.
O cobre é um exemplo perfeito disso. Com uma espessura de 0,3 mm a vários milímetros, ele é frequentemente usado como dissipador de calor, camada de substrato ou como placa de resfriamento estruturada, em que são necessárias a distribuição lateral de calor e a integração mecânica confiável. As aplicações típicas podem ser encontradas em eletrônica de potência, tecnologia de baterias e montagens sob alta EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão térmica, onde o design compacto e a dissipação eficiente de calor são cruciais.
Método e condições de medição
O LFA 707 StratoFlash® Classic é equipado com um laser que atinge alta DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade de energia, o que é particularmente necessário em altas temperaturas. Entretanto, ao medir materiais finos, a baixa entrada de energia é essencial para evitar danos e superaquecimento.
Graças à sua largura de pulso e EstirpeA deformação descreve uma deformação de um material, que é carregado mecanicamente por uma força ou estresse externo. Os compostos de borracha apresentam propriedades de deformação se uma carga estática for aplicada.tensão ajustáveis, o LFA 707 StratoFlash® Classic pode adaptar a entrada de energia aos requisitos de medição. O detector apresenta uma taxa de aquisição de dados de 2 MHz, garantindo um número suficiente de pontos de dados, mesmo nos tempos de medição mais curtos.
As condições de medição estão detalhadas na tabela 1.
Tabela 1: Condições de medição
| Material | Cobre puro |
| Espessura | 0.32 mm a 4 mm |
| Suporte de amostra | Ø 12,7 mm |
| Temperatura ambiente | Temperatura ambiente |
| Largura do pulso | 100 a 600 μs |
| Modelo | Modelo padrão, baseado em Cape Lehmann com correção de pulso |
Resultados de medição e discussão
A Figura 1 mostra a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica do cobre de diferentes espessuras, variando de 0,32 mm a 4 mm. Todos os resultados estão dentro de ±2,5 % em comparação com o valor da literatura de aproximadamente 117 mm²/s à temperatura ambiente [1].
O comprimento do pulso foi ajustado de acordo com a espessura e o tempo de medição, variando de 100 μs a 600 μs. O tempo médio (t1/2) variou em duas ordens de grandeza, de aproximadamente 210 μs para a amostra de 0,32 mm a 24 ms para a amostra mais espessa com 4 mm.
A Figura 2 mostra os sinais para as amostras de espessura mínima e máxima. A relação sinal/ruído de ambas as medições não é ideal. Isso se deve à baixa entrada de energia usada para evitar o superaquecimento e ao fato de as medições serem realizadas em temperatura ambiente. No entanto, o modelo matemático se ajusta perfeitamente aos dados, o que é fundamental para a obtenção de resultados altamente precisos. Na análise de flash de laser, os modelos matemáticos usados para determinar a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica baseiam-se na solução analítica da equação de condução de calor, pressupondo uma entrada de energia instantânea (pulso de Dirac). Na realidade, porém, o pulso do laser sempre tem uma duração finita. Para amostras com um tempo de medição relativamente longo, a duração do pulso é normalmente muito menor do que o tempo de medição característico, fazendo com que os desvios da suposição ideal sejam insignificantes (figura 2: cobre de 4 mm).
Para materiais altamente condutores, como o cobre, especialmente ao medir amostras finas, a resposta térmica ocorre em um tempo muito curto. Nesses casos, a duração do pulso é da mesma ordem de grandeza que o tempo de difusão característico da amostra (figura 2: cobre de 0,32 mm). Isso leva a uma sobreposição entre a fase de aquecimento e a resposta térmica da amostra, o que pode distorcer a curva de temperatura e, consequentemente, a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica calculada.
Correção de pulso
Para levar em conta esse efeito, o software de análise NETZSCH LFA Proteus® aplica automaticamente a correção de pulso exponencial [2]. Em vez de presumir uma entrada de energia instantânea, o sinal real do pulso do laser é considerado durante a avaliação. Isso é obtido pela incorporação do sinal de pulso por meio de convolução, permitindo que a entrada de calor dependente do tempo seja levada em conta no cálculo da resposta de temperatura. Dessa forma, a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica avaliada reflete as condições experimentais reais em vez de um pulso instantâneo idealizado.
Ao considerar a forma real do pulso durante a avaliação, a correção do pulso melhora significativamente a precisão da determinação da Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica para amostras finas e altamente condutoras. Isso se torna cada vez mais importante à medida que a espessura da amostra diminui e a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica aumenta.
Para tempos de medição extremamente curtos e, portanto, também para t1/2 extremamente curto, uma correção de pulso robusta e precisa é o recurso de análise mais importante. Isso é demonstrado na figura 3. Como na figura 1, os pontos azuis representam a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica do cobre com diferentes espessuras. Nesse caso, a correção de pulso foi usada para avaliação. Os triângulos laranja representam as mesmas medições, mas a avaliação foi realizada sem a correção de pulso. A diminuição da espessura da amostra - resultando em tempos de medição mais curtos - leva ao aumento dos erros causados pela sobreposição de pulsos.
Conclusão
Os resultados demonstram que mesmo amostras de cobre finas e altamente condutoras com tempos de resposta térmica extremamente curtos podem ser medidas com precisão usando o LFA 707 StratoFlash® Classic . A combinação de controle de pulso ajustável, aquisição de dados em alta velocidade e correção avançada de pulso garante resultados confiáveis de Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica, mesmo sob condições de medição exigentes. Isso torna o LFA 707 StratoFlash® Classic uma solução poderosa para a caracterização de materiais com Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica muito alta