JoVE Science Education

Materials Engineering

A subscription to JoVE is required to view this content.

live

Speed

×

MEDIA_ELEMENT_ERROR: Format error

דיפוזיה תרמית ושיטת פלאש לייזר

Overview

מקור: אליס ס.ד. בוקי, דניאל נ. ביטי, וטיילור ד. ספארקס, המחלקה למדע והנדסה של חומרים, אוניברסיטת יוטה, סולט לייק סיטי, UT

שיטת הבזק הלייזר (LFA) היא טכניקה המשמשת למדידת דיפוזיה תרמית, מאפיין ספציפי לחומר. דיפוזיה תרמית (α) היא היחס בין כמות החום שמתבצעת ביחס לכמות החום המאוחסנת בחומר. זה קשור מוליכות תרמית ( Equation 1 ), כמה חום מועבר דרך חומר עקב שיפוע טמפרטורה, על ידי הקשר הבא:

Equation 2 (משוואה 1)

כאשר ⍴ הוא צפיפות החומר ו- Cp היא קיבולת החום הספציפית של החומר בטמפרטורת העניין הנתונה. הן דיפוזיה תרמית והן מוליכות תרמית הם תכונות חומר חשוב המשמש להערכת האופן שבו חומרים מעבירים חום (אנרגיה תרמית) ומגיבים לשינויים בטמפרטורה. מדידות דיפוזיה תרמית מתקבלות בדרך כלל על ידי שיטת פלאש תרמית או לייזר. בטכניקה זו מדגם מחומם על ידי פעימות אותו עם לייזר או פלאש קסנון בצד אחד אבל לא בצד השני, ובכך גרימת שיפוע טמפרטורה. שיפוע טמפרטורה זה גורם חום מתפשט דרך המדגם לכיוון הצד הנגדי, חימום המדגם כפי שהוא הולך. בצד השני גלאי אינפרא אדום קורא ומדווח על שינוי הטמפרטורה ביחס לזמן בצורה של תרמוגרמה. אומדן של הדיפוזיה התרמית מתקבל לאחר שתוצאות אלה משווות ומתאיימות לתחזיות תיאורטיות באמצעות מודל ריבועים לפחות.

שיטת הבזק הלייזר היא השיטה היחידה הנתמכת על ידי תקנים מרובים (ASTM, BS, JIS R) והיא השיטה הנפוצה ביותר לקביעת דיפוזיה תרמית.

Procedure

  1. הפעילו את המכונה והמתינו לסיום תהליך החימום (כשעתיים).
  2. מלאו את תא הגלאים בחנקן נוזלי באמצעות משפך קטן עד שניתן יהיה לראות את אדי החנקן מגיעים מהגלאי. תן לנוזל להתיישב עד שאין יותר אדים שיוצאים וסוגר את הגלאי.
  3. מדוד את עובי המדגם שלך עם מיקרומטר על פני מספר כתמים וחשב את העובי הממוצע ואת סטיית התקן. הקצוות של המדגם צריכים להיות בין 6 מ"מ ל 25.4mm, עם גיאומטריה שטוחה או עגול או מלבני. בנוסף, עובי המדגם צריך להיות אחיד ובין 1 מ"מ ל 4 מ"מ. דגימות דיפוזיה תרמית גבוהה פועלות בצורה הטובה ביותר עם דגימות עבות יותר. כאן, אנו מ

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Results

איורים 1, 2 ו- 3 מציגים את הנתונים מריצה של LFA של מדגם סטנדרטי מברזל. איורים 1 ו-2 מראים דופק לייזר לעומת חלקות זמן לשתי טמפרטורות (48.2 מעלות צלזיוס ו-600 מעלות צלזיוס); העקבות הכחולים מראים את פעימת הלייזר שנאספה מדגימת הברזל והקו האדום הדק מראה את הדופק המחושב ממודל קאוון. שני פו...

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Application and Summary

שיטת הבזק הלייזר היא טכניקה נפוצה לקביעת דיפוזיה תרמית המורכבת מקרין צד אחד של מדגם עם אנרגיה תרמית (ממקור לייזר) והצבת גלאי IR בצד השני כדי לקלוט את הדופק. הטווח הרחב בטמפרטורה של מודלים שונים מאפשר מדידה על סוגים שונים של דגימות. ה- LFA דורש דגימות קטנות יחסית. כלים אחרים המודדים מוליכות תרמ?...

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

We use cookies to enhance your experience on our website.

By continuing to use our website or clicking “Continue”, you are agreeing to accept our cookies.

Learn More