Om inverkan av grafitbeläggning för högledande material

Termiska analystekniker som Laser/Light Flash Analysis (LFA) ger ovärderliga insikter i hur material beter sig under varierande temperaturförhållanden. För exakt mätning av termofysikaliska egenskaper som t.ex. Termisk diffusivitetTermisk diffusivitet (a med enheten mm2/s) är en materialspecifik egenskap för att karakterisera instationär värmeledning. Detta värde beskriver hur snabbt ett material reagerar på en temperaturförändring.termisk diffusivitet har LFA-metoden visat sig vara en snabb, mångsidig och exakt absolut metod.

I den här bloggartikeln kommer vi att fokusera på betydelsen av att använda grafitbeläggning vid LFA-mätningar, särskilt för högledande prover som koppar eller aluminium. Låt oss utforska grafitens roll när det gäller att förbättra noggrannheten i LFA-mätningar och förstå hur man optimerar beläggningen för olika materialegenskaper.

Grafitskiktets inverkan på det termiska motståndet

För standardprover som polymerer eller keramer, som har låg Termisk konduktivitetVärmekonduktivitet (λ med enheten W/(m-K)) beskriver transporten av energi - i form av värme - genom en masskropp som ett resultat av en temperaturgradient (se fig. 1). Enligt termodynamikens andra huvudsats strömmar värme alltid i riktning mot den lägre temperaturen.värmeledningsförmåga, är grafitskiktets inverkan försumbar jämfört med provets höga värmemotstånd. I sådana fall räcker det med ett tunt grafitskikt på några mikrometer.

För mycket ledande material som koppar eller aluminium, med kortare mättider under cirka 150 millisekunder, kan grafitskiktet dock påverka resultaten avsevärt. Därför bör valet av grafitbeläggningar skräddarsys utifrån de specifika mätmålen.

Beläggning av högkonduktiva prover för mätning av värmediffusivitet

Det idealiska sättet att belägga ett högledande prov med grafit beror på vilken materialegenskap som ska bestämmas. Vid kortvarig mätning av värmediffusiviteten hos högkonduktiva material som koppar (Cu) eller aluminium (Al) (se figur 1) är det lämpligt att inte använda någon grafit eller bara en small mängd (som en "touch") grafit. Detta tillvägagångssätt minimerar grafitskiktets inverkan på mätningen och säkerställer korrekta resultat.

Beläggning av högkonduktiva prover för mätning av Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.specifik värmekapacitet

Vid mätning av Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.specifik värmekapacitet är målet att jämföra den maximala signalökningen mellan provet och referensen. För att uppnå detta måste både provet och referensen ha samma emissions- och absorptionsegenskaper. För att uppnå detta är ett komplett grafitskikt nödvändigt.

Undersökning av grafitbeläggning på kopparprov

För att visa hur olika grafitbeläggningar påverkar värmediffusiviteten och den specifika värmekapaciteten hos högledande material analyserades ett kopparprov. Koppar är ett vanligt standardmaterial med kända värden för värmediffusivitet.

Undersökningen omfattade tre grupper av beläggningstyper:

1. Blankprov: Utan någon grafitbeläggning förblir signalen låg på grund av minimal energitillförsel.
2. Touch av grafit: Resultatet uppfyller litteraturvärdet inom ± 3%.
3. Kompletta grafitskikt: Varje ytterligare skikt orsakar en minskning av den termiska diffusiviteten

Inverkan på Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.specifik värmekapacitet

För bestämning av specifik värme är ett täckande grafitskikt nödvändigt för att nå ett rimligt maximum. För ytterligare lager förblir maxvärdet på samma nivå och kommer därför inte att förbättra resultaten.

Olika mål, olika beläggningar! Optimering av grafitbeläggning

Sammanfattningsvis bör beläggningen av högledande prover med grafit justeras utifrån den specifika materialegenskap som ska mätas. För mätningar av Termisk diffusivitetTermisk diffusivitet (a med enheten mm2/s) är en materialspecifik egenskap för att karakterisera instationär värmeledning. Detta värde beskriver hur snabbt ett material reagerar på en temperaturförändring.termisk diffusivitet med kort varaktighet räcker det med en minimal mängd grafit. För mätningar av Specifik värmekapacitet (cp)Värmekapacitet är en materialspecifik fysikalisk storhet som bestäms av den värmemängd som tillförs provkroppen, dividerat med den resulterande temperaturökningen. Den specifika värmekapaciteten är relaterad till en massa-enhet av provkroppen.specifik värmekapacitet är det dock nödvändigt med ett helt grafitskikt för att säkerställa korrekta och konsekventa resultat.

I de fall då både den termiska diffusiviteten och den specifika värmekapaciteten måste bestämmas rekommenderas att undersökningarna delas upp i två separata mätningar. Mät först den termiska diffusiviteten med en aning grafit, rengör sedan provet innan du applicerar ett helt grafitlager för att mäta den specifika värmekapaciteten.

Genom att förstå och optimera grafitbeläggningen kan forskarna maximera noggrannheten och tillförlitligheten i mätningarna med Laser Flash Analysis, vilket i slutändan leder till bättre insikter om materialens beteende och prestanda.

Se också:

Våra LFA-produkter

• 

  LFA 467 HT HyperFlash
• 

  LFA 467 HyperFlash^®
• 

  LFA 427
• 

  LFA 457 MicroFlash^®
• 

  NanoTR