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PLH

Calentamiento periódico por láser – Dominio de las propiedades térmicas y el espesor en la era nanotecnológica

Descripción

En el punto

La caracterización de materiales micrométricos es una cuestión crítica hoy en día debido a la I+D en curso para nuevas tecnologías, como las aplicaciones de baterías e hidrógeno, así como a los esfuerzos de miniaturización.

Debido a su gran relación superficie/volumen, estos tipos de materiales deben estudiarse por separado de los materiales a granel, pero la preparación de muestras y las mediciones pueden resultar muy complicadas.

Además de nuestra consolidada técnica de flash láser, la configuración PLH nos permite ampliar el rango de medición de nuestros instrumentos ópticos no destructivos en términos de espesor y propiedades de transporte térmico.

El PLH ha sido desarrollado y optimizado para caracterizar muestras con alta precisión en un rango de medida del espesor de la muestra de 10 μm a 500 μm y un rango de difusividad térmica de 0,01 – 2000 mm²/s.

El sistema puede manejar una amplia gama de materiales. Es posible medir muestras con comportamiento semiconductor, así como metales, cerámicas o polímeros. Las aplicaciones típicas incluyen películas y membranas independientes para las industrias de baterías e hidrógeno.

Rango de temperatura
hasta 300°C

Espesor de
10 µm
hasta 500 µm

Multimuestra
robot

Totalmente automático
operación

Modo

Cross-Plane Periodic Laser Heating

El sistema utiliza un láser de diodo para calentar periódicamente la parte posterior de una muestra con luz láser de amplitud modulada continua. Esta energía es absorbida por la muestra e induce una onda térmica. La onda térmica se propaga a través de la muestra hasta su cara frontal, donde se emite la energía térmica absorbida inicialmente. La oscilación resultante de la temperatura de la cara frontal se registra mediante un detector de infrarrojos, como se muestra en la figura siguiente.

Debido a las propiedades de transporte térmico de la muestra, puede observarse un comportamiento característico del desplazamiento de fase y la amplitud de la señal resultante.

La evaluación de la conductividad térmica, la difusividad térmica y la capacidad calorífica específica de volumen se realiza mediante nuestro completo paquete de software Linseis. El único parámetro de entrada necesario es el grosor de la muestra.


IL etiqueta la luz láser modulada e IIR es la radiación infrarroja con las correspondientes amplitudes AL y AIR, así como el desplazamiento de fase Φ.

α = Difusividad térmica [m2/s]
L = Altura de la muestra [m]
m = Pendiente del intervalo lineal [√s]

Modo

Cross-Plane Periodic Laser Heating

α =difusividad térmica [m²/s]
ω = frecuencia angular (2*π*f ) [1/s]
f = frecuencia de modulación [Hz]
m(Φ, amp) = pendiente de la curva de dos medidas una vez después de fase y
una vez después de amplitud [1/m]

Además, el sistema es capaz de medir la difusividad térmica en el plano mediante el uso de una etapa de desplazamiento horizontal, excitando simultáneamente la muestra con luz láser de amplitud modulada continua.

En función de la difusividad térmica en el plano de la muestra, puede observarse un comportamiento característico del desplazamiento de fase y la amplitud medidos con respecto al desplazamiento lateral entre el láser y el detector.

Esta metodología permite dilucidar la intrincada relación entre conductividad térmica y difusividad, lo que puede tener importantes repercusiones en el panorama de la ciencia de los materiales.

Gracias a mediciones precisas en el plano, es posible identificar cuellos de botella térmicos y determinar soluciones de diseño óptimas para mejorar el rendimiento y la eficiencia de las tecnologías basadas en materiales anisótropos. La evaluación de la difusividad térmica en el plano puede realizarse utilizando el completo paquete de software Linseis sin conocer ningún otro parámetro de entrada.

Análisis de Anisotropía e Inhomogeneidad

La conductividad térmica del material puede depender de la dirección. Plano interior y plano transversal son términos utilizados para describir dos direcciones de transporte específicas dentro de un material, mientras que plano interior significa en realidad dentro de la muestra perpendicular a la dirección de excitación, el término plano transversal se refiere a la conductividad térmica de la muestra en la dirección de excitación.

Las conductividades térmicas en el plano transversal y en el plano interior pueden diferir significativamente entre sí y superar fácilmente varios órdenes de magnitud.

Los casos de uso son versátiles y su conocimiento puede ser crucial en diversas aplicaciones, como los dispositivos electrónicos, donde la gestión térmica es un reto omnipresente.

Dependiendo de la muestra, la composición puede variar ligeramente a lo largo de la misma.

Este suele ser el caso de geles, pastas y polímeros, por lo que este cambio también se observará en la conductividad térmica.

Normalmente, los instrumentos LFA estándar ignoran este hecho y consideran toda la muestra a la vez mientras es calentada por el pulso de luz. Cuando nos interesan estas diferencias, nuestras técnicas PLH resultan muy útiles.

A diferencia de la técnica de destello láser, la muestra se calienta localmente y se puede comprobar si hay inhomogeneidades.

Las fluctuaciones en la conductividad térmica pueden dar lugar a puntos calientes que afectan al rendimiento y la vida útil de los dispositivos electrónicos.

Garantizar una distribución homogénea de la conductividad térmica es crucial para una gestión térmica eficaz y para evitar el sobrecalentamiento.

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Especificaciones

Modelo PLH
Rango de temperatura: RT hasta 300°C
Velocidad de calentamiento: 0.01 hasta 20 °C/min
Dimensiones de las muestras: Ø 3, 6, 10, 12.7 o 25.4 mm
cuadrados 5×5, 10×10 o 20×20 mm
Espesor de la muestra: 10 – 500 μm
Robot de muestras: robot con 3 o 6 muestras
Fuente láser: Láser de diodo CW de hasta 5 W
longitud de onda: 450 nm
Difusividad térmica: 0.01 a 2000 mm²/s (dependiente del grosor)
Precisión: ±5%
Repetibilidad: ±5%
Espacio ocupado: 550 x 600 x 680 mm
21,6 X 23,6 X 26,7 pulgadas

Normas ASTM LFA: ASTM E-1461, DIN 30905 y DIN EN 821
Normas ASTM PLH: JIS R 7240:2018 e ISO: 20007:2017

Solución combinada AGL + PLH

Rango de temperatura: RT hasta 300 °C, 500 °C, 1000 °C, 1250 °C, 1600 °C
Dimensiones de la muestra: Ø 3, 6, 10, 12,7 o 25,4 mm
cuadrado 5×5, 10×10 o 20×20 mm
Robot de muestra: carrusel de 3 o 6 muestras
Grosor de la muestra: 10 a 6000 μm
Difusividad térmica: de 0,01 hasta 2000 mm2/s (en función del grosor)
Precisión: ±5%
Repetibilidad: ±5%

Soporte y portamuestras

Muestra inigualable en todo

El mayor rendimiento del mercado. La combinación de robot de muestras y horno integrado permite tiempos de medición imbatibles y mediciones totalmente automatizadas de hasta 3 ó 6 muestras. Dependiendo de los requisitos de la muestra, hay disponibles varias geometrías y materiales de soporte de muestras.

Transportadores de muestra

6 muestras redondas o cuadradas
3 mm, 6 mm, 10 mm o 12,7 mm

3 muestras redondas
25,4 mm o cuadrada 20 mm

Sample holder

Portamuestras cuadrado
muestras 3x3mm / 10x10mm / 20x20mm

Portamuestras redondo
muestras 3mm / 10mm / 12.7mm / 25.4mm

Software

General

        • Nuevo diseño de marca que incluye una experiencia de usuario mejorada
        • Software adaptable y con capacidad de respuesta
        • Enlace directo a la asistencia en línea
        • Actualizaciones periódicas del software en línea
        • Evaluación en directo, así como posprocesamiento/evaluación
        • Conceptos avanzados de almacenamiento
        • Exportación e importación de datos en ASCII
        • Mediciones multi-método (LFA, PLH)
        • Exportación e importación de datos en ASCII
        • Generación de informes personalizados
        • Generación de informes personalizados
        • Dispositivo Plug & Play
        • Dispositivo Plug & Play
        • Actualizaciones de firmware sencillas
        • Actualizaciones de firmware sencillas
        • Actualizaciones de firmware sencillas
        • Manejo inteligente de errores
        • Conexión de dispositivos a través de USB o LAN
        • Control de disponibilidad
        • Control de disponibilidad
        • Comprobaciones de plausibilidad antes de la medición

     

Software de evaluación

    • Actualización del diseño
    • Experiencia de usuario y flexibilidad mejoradas
    • Python-Interfaz para plugins personalizados
    • Combinación de curvas de diferentes fuentes / dispositivos de medición

.

Software de medición

  • Procedimiento de medición totalmente automatizado para mediciones de múltiples muestras
  • Rutina específica de medición de calor y conductividad térmica (requiere referencia)

 

Aplicaciones

Aplicación: Politetrafluoroetileno (PTFE) 100 μm
Aplicación: Zafiro 500 μm

En el caso del politetrafluoroetileno (PTFE) -una fina película de polímero-, más conocido como teflón, el valor de referencia de la difusividad térmica del PTFE es de 0,11 mm²/s. El teflón se utiliza como revestimiento de sartenes para que los alimentos no se peguen a ellas y puedan limpiarse fácilmente. El grosor de estos revestimientos varía entre 30 μm y 150 μm.

Measurement Polytetrafluoroethylene

El zafiro pertenece a la categoría de materiales cerámicos y tiene un valor de difusividad térmica de referencia de 13,3 mm²/s. Nuestras mediciones confirman este valor de difusividad térmica con un alto grado de precisión. Como tiene excelentes propiedades térmicas y ópticas, se utiliza a menudo en microelectrónica para tecnologías láser y LED.

Measurement Sapphire

Aplicación: Cobre 500 μm
Aplicación: Repetibilidad de PTFE 100 μm

Las láminas de cobre, especialmente las tan finas como 560 μm, se utilizan ampliamente como disipadores de calor en la industria electrónica. Desempeñan un papel crucial en la disipación del calor en componentes electrónicos al garantizar una distribución eficiente del calor, lo que mejora el rendimiento y la longevidad de los dispositivos. Sus aplicaciones abarcan desde dispositivos de uso cotidiano, como teléfonos inteligentes y ordenadores portátiles, hasta sofisticados sistemas aeroespaciales. El valor de referencia de esta muestra es de 117 mm²/s.

Measurement Copper

La repetibilidad de una medición de politetrafluoroetileno con un espesor de 105,6 μm es excelente, con poco más del 1%. Esto confirma el método de medición y su alto rendimiento.

Repeatability PTFE

Descargas

Descripción general

Producto Periodic Laser Heating
folleto (PDF)

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Linseis Produktbroschüre Thermal Conductivity

LFA, TF-LFA, TFA, THB
Producto
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