Yüksek İletkenlikli Malzemeler için Grafit Kaplamanın Etkisi Hakkında

Lazer / Işık Flaş Analizi (LFA) gibi termal analiz teknikleri, malzemelerin değişen sıcaklık koşulları altındaki davranışları hakkında paha biçilmez bilgiler sağlar. Termal difüzivite gibi termofiziksel özelliklerin hassas ölçümü için LFA yönteminin hızlı, çok yönlü ve hassas bir mutlak yöntem olduğu kanıtlanmıştır.

Bu blog yazısında, özellikle bakır veya alüminyum gibi yüksek iletkenliğe sahip numuneler için LFA ölçümlerinde grafit kaplama kullanmanın önemine odaklanacağız. LFA ölçümlerinin doğruluğunu artırmada grafitin rolünü keşfedelim ve farklı malzeme özellikleri için kaplamanın nasıl optimize edileceğini anlayalım.

Neden Grafit Kaplama Kullanılmalı?

Grafit kaplamalar LFA ölçümlerinde birden fazla amaca hizmet eder. Örnek yüzeyinin emisyon ve absorpsiyon özelliklerini geliştirerek dedektör için daha iyi bir sinyal-gürültü oranı sağlarlar. Bu da daha doğru ölçümler yapılmasını sağlar. Ayrıca grafit yansıtıcı değildir. Bu, analiz sırasında paraziti en aza indirir ve daha sonraki analizler için güvenilir veriler sağlar.

Grafit Katmanın Termal Direnç Üzerindeki Etkisi

Düşük termal iletkenliğe sahip polimerler veya seramikler gibi standart numuneler için grafit tabakasının etkisi, numunenin yüksek termal direncine kıyasla ihmal edilebilir düzeydedir. Bu gibi durumlarda, birkaç mikrometrelik ince bir grafit tabaka yeterlidir.

Bununla birlikte, bakır veya alüminyum gibi yüksek iletkenliğe sahip malzemeler için, yaklaşık 150 milisaniyenin altındaki daha kısa ölçüm sürelerinde, grafit tabaka sonuçları önemli ölçüde etkileyebilir. Bu nedenle, grafit kaplamaların seçimi belirli ölçüm hedeflerine göre uyarlanmalıdır.

Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.Termal Difüzivite Ölçümleri için Yüksek İletken Örneklerin Kaplanması

Yüksek iletkenliğe sahip bir numuneyi grafitle kaplamanın ideal yoluhangi malzeme özelliğininbelirleneceğine bağlıdır. Bakır (Cu) veya alüminyum (Al) gibi yüksek iletken malzemelerin kısa süreli termal difüzivitesini ölçerken (bkz. Şekil 1), grafit kullanmamak veya sadece small miktarda ("dokunuş" gibi) grafit kullanmak uygundur. Bu yaklaşım, grafit tabakasının ölçüm üzerindeki etkisini en aza indirerek doğru sonuçlar elde edilmesini sağlar.

Şekil 1: Termal difüzivite yarılanma süresine bağlıdır.

Özgül Isı Kapasitesi Ölçümleri için Yüksek İletken Örneklerin Kaplanması

Spesifik ısı kapasitesi ölçümlerinde amaç, sinyalin maksimum yükselişini numune ve referans arasında karşılaştırmaktır. Bunu başarmak için hem numune hem de referans aynı emisyon ve absorpsiyon özelliklerine sahip olmalıdır. Bunu başarmak için tam bir grafit katman gereklidir.

Şekil 2: Özgül ısı kapasitesini ölçmek için, sinyalin maksimum yükselişi ilgi çekicidir.

Bakır Numune Üzerinde Grafit Kaplamanın İncelenmesi

Farklı grafit kaplamaların yüksek iletken malzemelerin termal difüzivitesi ve özgül ısı kapasitesi üzerindeki etkisini göstermek için bir bakır numunesi analiz edilmiştir. Bakır, ısıl yayınım değerleri bilinen yaygın bir standart malzemedir.

Şekil 3: Grafit kaplamanın Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite üzerindeki etkisi

Araştırma üç grup kaplama tipini içermektedir:

Boş Örnek: Herhangi bir grafit kaplama olmadan, minimum enerji girişi nedeniyle sinyal düşük kalır.
Grafit Dokunuşu: Sonuç, literatür değerini ± %3 içinde karşılamaktadır.
Tam Grafit Katman(lar)ı: Her ilave katman termal difüzivitede azalmaya neden olur

Şekil: Termal difüzivite ölçüm sonuçları: Her bir ilave grafit katman ölçülen termal difüziviteyi etkilemektedir - artan grafit katmanları termal difüzivitede bir düşüş göstermektedir.

Özgül ısı kapasitesi üzerindeki etki

Özgül ısının belirlenmesi için makul bir maksimuma ulaşmak amacıyla bir kaplama grafit tabakası gereklidir. İlave katmanlar için maksimum aynı seviyede kalır ve bu nedenle sonuçları iyileştirmez.

Şekiller: Özgül ısı kapasitesinin ölçümü için sonuçlar: Maksimum T_max değerine ulaşmak için sadece tek bir kaplama katmanı gereklidir; daha fazla katman sonucu etkilemeyecektir.

Farklı Hedef, Farklı Kaplama! Grafit Kaplamanın Optimize Edilmesi

Özetle, yüksek iletken numunelerin grafit ile kaplanması, ölçülen özel malzeme özelliğine göre ayarlanmalıdır. Kısa süreli Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite ölçümleri için minimum miktarda grafit yeterlidir. Ancak, özgül ısı kapasitesi ölçümlerinde, doğru ve tutarlı sonuçlar elde etmek için tam bir grafit tabakası gereklidir.

Hem Termal DifüziviteTermal difüzivite (mm2/s birimiyle a), kararsız ısı iletimini karakterize etmek için malzemeye özgü bir özelliktir. Bu değer, bir malzemenin sıcaklıktaki bir değişikliğe ne kadar hızlı tepki verdiğini açıklar.termal difüzivite hem de özgül ısı kapasitesinin belirlenmesi gereken durumlarda, araştırmaların iki ayrı ölçüme bölünmesi önerilir. İlk olarak, termal difüziviteyi bir miktar grafitle ölçün, ardından özgül ısı kapasitesini ölçmek için tam bir grafit katman uygulamadan önce numuneyi temizleyin.

Grafit kaplamayı anlayarak ve optimize ederek, researchers Lazer Flaş Analizi ölçümlerinin doğruluğunu ve güvenilirliğini en üst düzeye çıkarabilir ve sonuçta malzeme davranışı ve performansı hakkında daha iyi bilgiler sağlayabilir.