Sobre a influência do revestimento de grafite em materiais altamente condutores

As técnicas de análise térmica, como a análise de flash a laser/luz (LFA), fornecem informações valiosas sobre o comportamento dos materiais sob condições de temperatura variáveis. Para a medição precisa das propriedades termofísicas, como 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, o método LFA provou ser um método absoluto rápido, versátil e preciso.

Neste artigo do blog, vamos nos concentrar na importância do uso do revestimento de grafite nas medições de LFA, especialmente para amostras altamente condutoras, como cobre ou alumínio. Vamos explorar a função do grafite no aprimoramento da precisão das medições de LFA e entender como otimizar o revestimento para diferentes propriedades do material.

A influência da camada de grafite na resistência térmica

Para amostras padrão, como polímeros ou cerâmicas, que têm baixa Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica, o impacto da camada de grafite é insignificante em comparação com a alta resistência térmica da amostra. Nesses casos, uma fina camada de grafite de alguns micrômetros é suficiente.

Entretanto, para materiais altamente condutores, como cobre ou alumínio, com tempos de medição mais curtos, abaixo de 150 milissegundos, a camada de grafite pode influenciar significativamente os resultados. Portanto, a escolha dos revestimentos de grafite deve ser adaptada com base nos objetivos específicos da medição.

Revestimento de amostras altamente condutoras para medições 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

A maneira ideal de revestir uma amostra altamente condutora com grafite depende de qual propriedade do materialéa ser determinada. Ao medir 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 de materiais altamente condutores, como cobre (Cu) ou alumínio (Al), com curta duração (veja a figura 1), é adequado não usar grafite ou usar apenas uma small quantidade (como um "toque") de grafite. Essa abordagem minimiza o impacto da camada de grafite na medição, garantindo resultados precisos.

Revestimento de amostras altamente condutoras para medições de capacidade térmica específica

Para medições de capacidade térmica específica, o objetivo é comparar o aumento máximo do sinal entre a amostra e a referência. Para isso, tanto a amostra quanto a referência devem ter as mesmas propriedades de emissão e absorção. Para isso, uma camada completa de grafite é essencial.

Investigando o revestimento de grafite em uma amostra de cobre

Para demonstrar a influência de diferentes revestimentos de grafite na 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 e na capacidade de calor específica de materiais altamente condutores, foi analisada uma amostra de cobre. O cobre é um material padrão comum com valores conhecidos 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.

A pesquisa envolveu três grupos de tipos de revestimento:

1. Amostra em branco: Sem nenhum revestimento de grafite, o sinal permanece baixo devido à entrada mínima de energia.
2. Toque de grafite: O resultado atende ao valor da literatura em ± 3%.
3. Camada(s) completa(s) de grafite: cada camada adicional causa uma diminuição na 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

Influência na capacidade térmica específica

Para a determinação do calor específico, é necessária uma camada de grafite de cobertura para atingir um máximo razoável. Com camadas adicionais, o máximo permanece no mesmo nível e, portanto, não melhora os resultados.

Objetivo diferente, revestimento diferente! Otimização do revestimento de grafite

Em resumo, o revestimento de amostras de alta condutividade com grafite deve ser ajustado com base na propriedade específica do material que está sendo medido. Para medições de difusividade térmica de curta duração, uma quantidade mínima de grafite é suficiente. Entretanto, para medições de capacidade térmica específica, uma camada completa de grafite é essencial para garantir resultados precisos e consistentes.

Nos casos em que tanto a difusividade térmica quanto a capacidade de calor específica precisam ser determinadas, recomenda-se dividir as investigações em duas medições separadas. Primeiro, meça a difusividade térmica com um toque de grafite e, em seguida, limpe a amostra antes de aplicar uma camada completa de grafite para medir a capacidade térmica específica.

Ao compreender e otimizar o revestimento de grafite, a researchers pode maximizar a precisão e a confiabilidade das medições da análise de flash a laser, o que, em última análise, leva a melhores percepções sobre o comportamento e o desempenho do material.

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